第三章 熱像儀幾何率定
第二節 熱像儀幾何率定流程
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第二節 熱像儀幾何率定流程
幾何率定的部份，本研究使用實地率定法，並參考以往率定框幅式相 機，以及目前率定一般數位相機的步驟。實地率定法通常在實地佈設坐標 已知且明顯的控制點，這些控制點通常位於規律點、線、面之圖形中，這 些規律的圖形除便於計算控制點坐標外，亦方便使用者在所拍攝之影像 上，找到這些控制點。其後一些影像處理軟體也針對這項特性，設計了特 殊的率定模板，如PhotoModeler，使用者只需要拍攝數張率定模板影像，
就能透過其軟體計算求得相機的內方位參數，這些率定模板的外觀如圖 3-2。
圖3-2 幾何率定模板範例
圖中各個點的相對位置為已知，因此軟體中的程式可以藉由共線條件 式求解相機的內方位參數，當相片的數量大於需求個數時，則會有多餘觀
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測量列入平差計算中。
因為幾何特性相似，熱像儀的幾何率定方法與上述率定一般數位相機 的方法類似，然而直接使用熱像儀拍攝率定模板的方式，實際測試過後，
發現並不可行。由於整個率定模板使用的是同一種材質，因此在一般環境 下，整個模板會處在相同的溫度條件，結果就是：紅外線熱影像無法呈現 類似圖3-2 之控制點，而如圖 3-3 所示，無法辨識控制點，亦即無法求解 熱像儀的內方位參數。
圖3-3 一般環境下拍攝率定模板之熱影像
為解決如此問題，必須使率定模板上的控制點與其背景有所區隔，又 保持各個控制點間的相對位置不變，達到這些條件的方法即是在率定模板 旁提供熱源，使模板上不同放射率之材質，放射相異之溫度。透過熱像儀 本身的黑熱模式(溫度較高者顯示為黑色)，可讓控制點在熱影像上顯示為 黑點。但若光僅提供熱源，在實際率定時仍然會遭遇到困難，圖3-4 即為 一例，在使用不均勻的熱源時，所拍攝到之熱影像。
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圖3-4 不均勻熱源下拍攝率定模板之熱影像
圖中熱源的位置在模板的左方，由圖3-4，可以明顯看出率定模板在 不均勻受熱下，產生的溫度差異，而使模板左方溫度過高，同時讓模板右 方溫度過低，其所造成的結果是不論是模板的左方或是右方，控制點都無 法清晰呈現，自然無法以此影像率定熱像儀之內方位。而若想在模板旁提 供穩定均勻的熱源，則必須確保熱源能平均來自各個方向，並且能持續以 穩定的溫度輸出熱能，因此最理想的熱源應該是太陽光。
當使用太陽光作為穩定熱源，將率定模板平整放置在陽光下，再用熱 像儀拍攝率定模板時，率定模板上的控制點因為色調與背景不同，熱吸收 率相對應亦不同，在熱影像上凸顯出其溫度較高。藉由此方法區隔出控制 點與背景間的差異，方能進行幾何率定，然而即便是使用此方法所得到的 率定熱影像，大部分仍舊無法即作幾何率定，圖3-5 為使用提供熱源之後，
熱像儀拍攝到之率定模板影像。
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圖3-5 提供日光熱源後所拍攝之率定模板熱影像
圖中之紅外線熱影像，黑色部份代表各個控制點，控制點的溫度比模 板上的其他部份高。以此熱影像無法成功使用軟體率定熱像儀的幾何，其 原因主要有兩個，第一個原因是因為影像的幾何解析度不夠大，雖以肉眼 足以辨識各個控制點的位置，但是經由軟體內部的程式，計算各個控制點 的影像坐標時，經常會出現無法辨識控制點或是誤判的情況。第二個原因 是由於控制點與模板背景之間的對比不夠強烈，影像中灰色區域有時會干 擾控制點的辨識，且控制點邊緣的模糊地帶也會增加幾何率定時點位計算 的難度。
上面提到的第一個原因是影像的空間解析度不足，這部份屬於儀器本 身的限制，無法使用其他方式直接改善，僅能藉由增加取像數量來彌補辨 識成功率。本研究所使用的PhotoModeler 軟體，其內部的率定程式會要求 至少6 到 8 張的影像，提供程式辨識各個控制點，以及解算相機的內方位 參數，多餘的影像則利用平差解算，作為整個率定的誤差評定基準。由於 熱影像的空間解析度不足，使得影像上控制點的辨識率降低，經過測試後 發現，每次使用熱像儀拍攝率定模板，拍攝大於16 張以上，可有較佳的機
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會成功率定，若有更多張數，更能確保成功率定。
第二個造成率定失敗的主要原因是影像的對比不足，這個部份可以藉 由影像處理來改善。透過適當的對比增強，可消除上述灰色區域造成的辨 識干擾，也能減少部份控制點邊緣的模糊現象，經過對比增強以後的影像 如圖3-6 所示。
圖3-6 經過對比增強處理後之率定模板熱影像
由圖3-6，可以看出比原影像更能清楚判釋各控制點的位置與形狀，
且原本影像上大部分的灰色區域都被消除，經過對比增強處理後之模板影 像，在軟體內部率定程式的自動辨識成果，也比未經過對比增強處理的模 板影像好，所能找到的控制點也比未經處理的影像多。
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