第三章 研究材料與實驗
第四節 校正場率定後相機參數適用性
本實驗使用內部部國土測繪中心「航遙測感應器系統校正場」(國土測繪中 心，2012)南投南崗工業區校正場(簡稱「南崗校正場」)之 UAV 航攝影像，以及 以靜態GPS 施測率定標之坐標，高程以 GPS 觀測之橢球高程，經過檢測南崗校 正場周圍4 個已知三等衛星控制點解算區域高程轉換參數轉換至 TWVD2001 正 高系統。接續進行相機參數率定及後續光束法空三平差試驗。南崗校正場 UAV 航拍相關資料如表3-11 所示。
表3- 11 南崗校正場 UAV 航拍相關資料
航線數 6 條 全控制點 33 點
影像幅數 85 幅 像比例尺 1:28000 航線重疊 80% 地表平均高程(正高) 190 公尺 側向重疊 55% 地面解析力 0.18 公尺
一、校正場相機率定
以10 月 2 日航攝影像進行自率光束法平差率定 UAV 上非量測型相機之相機 參數，同前所述影響鏡頭畸變差大部分是輻射畸變差，因此本節使用南崗校正場 率定之相機參數，參數僅包含像主距、像主點及鏡頭輻射畸變差等參數。
率定時先用前述本章第三節10 公尺距離拍攝之影像率定之相機參數進行一 般光束法空三平差：其步驟分別是影像自動匹配連結點、自由網平差、連結點偵 錯、人工介入增減連結點、偵錯、影像控制點量測，光束法平差。而控制點佈設 採傳統空三方式，控制點同時具備平面及高程坐標，控制點與空中攝影基線比約 1:5；平差時控制點精度設定為平面 E、N 坐標均設定 0.02 公尺，高程設定 0.04 公尺，像點量測精度設定為6.4μm。連結點分布圖如圖 3-25 所示，網形分布圖 如圖3-26 所示，控制點共 33 點，分布如圖 3-27，檢核點 11 點，分布如圖 3-28。
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自率光束法成果如圖3-29 所示，自率光束法檢核點 RMSE 如表 3-12 所示，E 、 N 坐標 RMSE 分別為 0.03 公尺以及 0.04 公尺，而高程 RMSE 為 0.09 公尺，像 機率定之結果如表3-13 所示。
圖3- 27 南崗校正場控制點分布圖 圖3- 28 南崗校正場控制點分布圖 圖3- 25 南崗校正場連結點分布圖 圖3- 26 南崗校正場網形分布圖
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圖3- 29 校正場自率光束法平差成果
表3- 12 校正場自率光束法相機率定檢核表 點號 橫坐標較差 縱坐標較差 高程較差 B081 -0.15 -0.15 -0.31 B063 0 -0.02 -0.03 B083 -0.14 -0.01 0.05 A074 -0.07 -0.03 -0.04 A089 0.07 0.07 -0.02 B051 0.01 0.01 0.18 A106 -0.02 -0.06 -0.06 B035 0.04 -0.05 -0.27 B052 0.05 0.1 -0.04 B031 -0.05 -0.07 -0.03 B014 -0.08 -0.03 -0.04 RMSE 0.03 0.04 0.09 單位：公尺
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表3- 13 南崗校正場率定之相機參數
此外 觀察南崗校正場一般光束法空三平差成果如圖 3-30 所示，一般光束法 空三平差檢核點RMSE 如表 3-14 所示； 也與前一節小節所得之結論相同：一般 光束法空三平差並未將像主距、像主點及透鏡畸變差等參數以未知數帶入共線條 件重新解算，故其E 、N 坐標 RMSE 分別為 0.59 公尺以及 0.32 公尺，而高程 RMSE 高達 4.68 公尺，進行自率光束法空三平差時將第三節實驗中 10 公尺距離 拍攝之影像率定之相機參數設為近似值，自率光束法空三平差後E 、N 坐標 RMSE 均降至 5 公分以內，而高程 RMSE 亦降至 10 公分，顯示自率光束法空三 平差的確可改善近景方式率定所得相機參數不完全之問題。
率定日期(航攝日期) 2012/10/02
Canon EOS 5D Mark II 相機 24mm 鏡頭 Principal Distance 像主距 c (mm) 24.6596 Principal Point Offsets 像主點位移 xp (mm) 0.2094
Principal Point Offsets 像主點位移 yp (mm) 0.1269
Radial Distortion 輻射畸變差
K1 -0.112E-03
K2 0.268E-06
K3 -0.193E-09
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圖3- 30 南崗校正場一般光束法空三平差成果 表3- 14 校正場一般光束法空三平差檢核點 RMSE
點號 橫坐標較差 縱坐標較差 高程較差 B081 -1.01 -0.87 -0.7 B063 0.09 -0.45 3.88 B083 0.04 0.57 -0.04 A074 1.11 0.87 0.79 A089 0.68 0.46 11.45
B051 0.45 0 8.87
A106 0.85 0.77 9.08 B035 -0.07 -0.68 -1.83 B052 1.39 0.22 9.61 B031 -0.65 0.16 4.25 B014 -0.84 0.04 -6.72 RMSE 0.59 0.32 4.68
單位：公尺
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二、校正場率定之相機參數於光束法空三平差之適用性
沿用第三節花蓮吉安鄉試驗區航攝影像及GPS-RTK 控制點和檢核點資料，
本小節進行以南崗校正場率定所得之相機參數進行一般光束法空三平差實驗，實 驗流程圖如前述圖3-15 所示，從影像輸入至連結點匹配、控制量與檢核點像坐 標測均重新執行，避免與第三節實驗所用之資料產生內容近景率定內方位產生資 料相依性。成果如圖3-31 與表 3-15 所示。
圖3- 31 花蓮吉安鄉一般光束法空三平差成果
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表3- 15 花蓮吉安鄉一般光束法空三平差精度檢核表
點號 橫坐標較差 縱坐標較差 高程較差
HLCH03 -0.19 -0.03 -0.02 HLCH04 0.20 -0.26 -0.65 HLCH07 0.25 0.22 -0.37 HLCH09 0.06 -0.21 0.42 HLCH010 0.03 -0.06 0.08
L06 0.06 0.02 0.30
RMSE 0.16 0.17 0.37
單位：公尺
由表 3-15 中顯示，測試區以校正場率定之相機參數進行空三平差，僅需要 進行一般光束法空三平差，其精度於E 、N 坐標可達 0.16 公尺以及 0.17 公尺，
而高程則可達0.37 公尺，可達到預設精度需求。而使用自率光束法空三平差之 成果如圖 3-32 與表 3-16 所示。而由表 3﹣16，可觀察即使經自率光束法空三平 差後，檢核點精度與一般光束法平差檢核點精度僅差 1〜3 公分，顯示經過校正 場率定之相機參數可是用於花蓮測區之航拍資料。
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圖3- 32 花蓮吉安鄉自率光束法空三平差成果 表3- 16 花蓮吉安鄉自率光束法空三平差檢核表
點號 橫坐標較差 縱坐標較差 高程較差 HLCH03 -0.14 -0.02 0.14 HLCH04 0.17 -0.27 -0.69 HLCH07 0.20 0.18 -0.29 HLCH09 0.08 -0.21 0.35 HLCH010 0.00 -0.05 0.03 L06 0.00 -0.02 0.31
RMSE 0.13 0.16 0.36
單位：公尺
三、校正場率定之相機參數於時間軸適用性之探討
前一小節實驗證實校正場率定之相機參數可應用於一般光束法空三平差。但 前一小節兩批航拍資料相隔僅 2 天，暫時無法驗證其相機參數在時間軸上是否會 因率定間隔長而有變化。而本小節之實驗旨在探討如以南崗校正場配置高精度實
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測控制點進行像機率定所求解之相機參數於後續航攝影像執行一般光束法空三 平差時，此校正場率定之相機參數是否仍為最適參數？又該組相機參數是否會因 時間，航攝時大氣條件（如氣壓，溼度等）、拆卸、裝置鏡頭所影響？若以該組 相機參數進行一般光束法空三平差，精度若亦符合需求，如再以自率光束法進行 空三平差是否可再提升精度？
本小節實驗所使用之航拍資料分別於 10 月及 11 月所拍攝取得之多區測試 資料，航攝時間序列相關資訊如表3-18 所示，航拍時影像前後重疊與左右重疊 均分別是80%與 50%。
表3- 17 航攝時間序列資訊
航攝日期 區域 航高 航線數 片數
101.10.04 嘉義東石區 800 16 291 101.10.22 苗栗後龍區 800 3 73 101.10.23 彰化二水區 600 14 556 101.11.21 台東太麻里區 700 6 233
校正場率定所得之相機參數帶入後期航拍影像，空三平差所需之控制點與檢 核點是以點特徵之航攝影像控制實體重複立體量測3 次取平均數。平差時控制點 平面E、N 坐標精度均設定 0.35 公尺，而高程精度則設定為 0.50 公尺。像點精 度設定6.4 。一般光束法空三平差成果檢核點均方根誤差 RMSE 如表 3-18 所 示，自率光束法空三平差成果檢核點均方根誤差RMSE 如表 3-19 所示。
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表3- 18 試驗區一般光束法空三平差 RMSE 表
航攝日期 區域 橫坐標 縱坐標 高程
101.10.04 嘉義東石區 0.29 0.34 0.64 101.10.22 苗栗後龍區 0.22 0.16 0.38 101.10.23 彰化二水區 0.33 0.39 0.76 101.11.21 台東太麻里區 0.21 0.38 0.63
表3- 19 試驗區自率光束法空三平差 RMSE 表
航攝日期 區域 橫坐標 縱坐標 高程
101.10.04 嘉義東石區 0.32 0.32 0.65 101.10.22 苗栗後龍區 0.24 0.18 0.38 101.10.23 彰化二水區 0.33 0.27 0.71 101.11.21 台東太麻里區 0.28 0.32 0.32
四、小結
透過南崗校正場率定之相機參數，於花蓮測試區帶入進行空三平差，僅需進 行一般光束法平差即可達到預設精度，由表3-18 所示，平面精度 RMSE 達 0.20 公尺，高程RMSE 達 0.35 公尺。如進一步以自率光束法進行平差，表 3-19 所示，
平面精度RMSE 為 0.19 公尺，高程精度 RMSE 達 0.34 公尺，平面及高程精度 RMSE 僅提升 0.01 公尺。
各期航攝時序在不算長的間隔內，僅檢視四期航攝影像確實可驗證該組相機 在這段南崗校正場航攝率定到執行航攝任務之間，該組相機參數確實可以精確迷 描述航攝相機參數。以彰化二水區為例，一般光束法空三平差平面精度達0.51 公尺，高程精度達0.76 公尺，即便經過自率光束法空三平差其平面精度為 0.43 公尺，高程精度為0.71 公尺，僅提升 0.1 公尺以內。精度提升均不明顯。
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