關鍵字：半全域匹配、數值地表模型、福衛二號
4. 研究成果
本研究主要目的為建立 OSGM 逐點式密匹配 演算法，實驗中比較 OSGM 逐點式密匹配及特徵 式匹配建立 DSM 之差異。OSGM 採用自行開發之 程式進行實作，特徵式匹配則使用商用軟體 Erdas Imagine 2013 的 eATE(enhanced Automatic Terrain Extraction)模組進行測試。eATE 主要步驟包含特徵 點萃取、NCC 匹配、空間前方交會產生三維坐標，
最後網格化產生 DSM。OSGM 所採用的參數依經 驗給定如下：影像金字塔共 3 層，最細層網格大小 為 2 m、計算 NCC 相關性視窗大小為 5 個像元、
P1 懲罰值為 0.1、P2 懲罰值為 3.0。
4.1 點雲密度比較
OSGM 是在物空間網格進行匹配，影像匹配 成果即為 DSM，無需再經過內插或網格化，其點 雲密度即為所設定之物空間網格密度。而特徵式匹 配在像空間針對特徵點進行匹配，僅匹配成功的特 徵點經前方交會產生三維坐標，故其點雲密度由特 徵點數量決定。就本實驗區而言，特徵式匹配所產 生的點雲數量為 345,328 點，數量約為 OSGM 的 15%，點雲密度比較如圖 7 所示。就產製 DSM 之 目的而言，特徵式匹配產製之 DSM 的網格點經由 內插而得，而 OSGM 所產製之 DSM 每個網格點則 是透過 SGM 產製。
(a) 逐點式密匹配點雲(2,250,000 點)
(b) 特徵式匹配點雲(345,328 點) 圖 7 點雲密度比較
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4.2 DSM 比較
圖 8(a)將影像敷貼於 DSM，以辨別不同地物，
定性分析比較三種不同的地形模型：20m DEM(圖 8(b))、2m 特徵式匹配 DSM(圖 8(c))及 OSGM DSM( 圖 8(d) ~ 圖 8(f)) 。 20m DEM 取自 台灣 OpenData 網站，此資料僅提供地形高度，不包含 地表物高度，另外兩組資料則包含地表物高度，故 無法直接比較 20m DEM 及 DSM 的差異做為精度 指標。觀察比較這三組資料，三者的趨勢面(地形 的高低起伏)是一致的，但 DEM 與 DSM 存在地表 物高程的差異。本研究採用物空間網格的金字塔提
升運算效能，圖 8(d)~圖 8(f)比較 8m、4m 及 2m 階 層的輸出成果，成果明顯展示到由粗到細的表現，
代表本研究提出的網格金字塔概念可應用在物空 間的 SGM 方法中。比較 2m 特徵式匹配及 OSGM 產製之 DSM，OSGM 地物的邊界較為明銳，特徵 式匹配受內插的影像鋸齒狀現像較為明顯，將兩者 相減(圖 8(g))，高程差平均值及標準差分別為 -0.085m 及 4.55m，高程差異明顯發生在建築物及 陰影均調區。
(a) 影像敷貼於 DSM (b) DEM(20m) (c) 特徵式匹配 DSM(2m)
(d) OSGM DSM(8m) (e) OSGM DSM(4m) (f) OSGM DSM(2m)
(g) 特徵式匹配與 OSGM DSM 相減 (2m)
(h) 特徵式匹配 DSM(2m) 局部放 大
(i) OSGM DSM(2m)局部放大
圖 8 DSM 成果比較
4.3 DSM 品質驗證比較
DSM 精度估評可分為精確度評估及精密度評 估兩部份。精確度評估中，使用數值地表模型測區 內的檢核點地面座標進行檢核，比較檢核點之高程 座標與數值地表模型之座標，僅有 1 個檢核點在測 區數值地表模型範圍內，特徵式及 OSGM 產製之 DSM 之高程誤差分別為 2.36m 及 1.43m。精密度 評估部份，採用間接方式驗證所產生之數值地表模 型。所謂間接驗證方式是利用所產生之 DSM 製作 原前視及後視影像之正射影像，再以影像匹配方式 評估兩張正射影像整體之一致性，因前視及後視已 經過正射化，正射影像間的一致性高，可採用頻率 域逐點影像匹配，本研究採用之影像匹配方法為 COSI-CORR(Leprince et al., 2007)，理論上 DSM 準 確度愈高則所製作之正射影像愈一致。可以由兩張 正射影像之視差大小來評估相對應之數值地表模 型之準確度。實驗測試結果顯示，使用 DEM(20m) 生產兩張正射影像，得到整體視差之標準偏差為 4.71 像 元， 平 均 值 為 5.17 個像 元 ， 而 特 徵式 DSM(2m)的整體視差之標準偏差為 3.07 像元，本 研究提出 OSGM 產製之 DSM(2m)的整體視差之標 準偏差提升為 1.94 像元，較特徵式方法表現為佳，
代表 OSGM 產製之 DSM 的兩張正射影像較其他組 正射影像有更佳的一致性。由於所測試影像之基線 航高比為 0.77，所以可評估得到本研究 OSGM 產 製之 DSM 其精密度約為 5.04m(=1.94×2m/0.77)。
視差統計表及分佈圖如表 1 及圖 9 所示。
表 1 視差統計表 單位：
Pixel
E 方向視
差 N 方向視差 水平位移 視差 20 公尺
DEM 1.52±5.70 -0.82±3.66 5.17±4.71 特徵式
匹配 DSM
0.32±2.59 -1.22±2.49 2.24±3.07 OSGM
DSM 0.64±1.61 -0.88±1.62 1.62±1.94
(a) 20 公尺 DEM
(b) 特徵式匹配 DSM
(c) OSGM DSM
圖 9 DSM 品質間接驗證之視差統計圖
5. 結論及建議
本研究提出物空間半全域匹配法於線列式掃 描衛星影像，克服線列式掃描衛星影像之核影像核
189 Proceedings of Videometrics, Range Imaging and Applications, XIIIV(9528):1-10.
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1 Professor, Department of Civil Engineering, National Chiao Tung University Received Date: Jan. 04, 2017
2 Master Student, Department of Civil Engineering, National Chiao Tung University Revised Date: Mar. 29, 2017
* Corresponding Author, E-mail: [email protected] Accepted Date: May. 02, 2017