點特徵的航空影像控制資訊進行空三平差之精度探討

由於UAV 酬載非量測型相機航攝像幅較小，如採取較細緻地面解像度之航 攝影像進行高精度航攝測量應用，則取像高度必須相對低，再加上影像涵蓋面積 小，在滿足傳統空三高精度成果前提之下，則必須在測區周圍及測區內部佈設大 量實測控制點，所佈設控制點數量將遠遠超過大型量測型數位相機所需之數量。

本節實驗旨在探討若以點特徵的航空影像控制資訊做為空三平差所需之控 制點時，其空三平差精度是否能滿足1/5000 基本地形圖修測精度，本節實驗以 GPS-RTK 實測檢核點之坐標檢核之。

一、空中三角測量平差

(一) 實驗設計

1. 測試區範圍

本次實驗地區與第三節不同距離近景率定相機參數之空三平差之實驗區相 同，位在花蓮吉安鄉，航攝範圍如圖3-33 所示，地面平均高程約 120 公尺，航 高約離平均地面高550 公尺，航帶中影像前後重疊約 80%，航帶間側向重疊約 45%，航攝相關資訊如表 3-21 所示，其航帶與影像分布圖見圖 3-34。因本實驗 進行時尚未取得南崗校正場之航拍資料，因此本節空三平差所需相機參數是以近 景攝影測量軟體自動率定10 公尺距離拍攝之率定場影像自動率定所得之相機參 數，如表3-20 所示。

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圖3- 33 點特徵航空影像控制資訊進行空三平差精度探討之花蓮縣吉安鄉實驗 區

表3- 20 10 公尺距離拍攝率定場影像以 iWitnessPRO 自動率定所得之相機參數

率定日期 09/08/2012

Canon EOS 5D Mark II 相機 24mm 鏡頭 Principal Distance 像主距 c (mm) 24.5532 Principal Point Offsets 像主點位移 xp (mm) 0.1492

Principal Point Offsets 像主點 yp (mm) 0.1657

Radial Distortion 輻射畸變差

K1 1.3012e-004 K2 -3.8434e-007 K3 4.2689e-010 Decentering Distortion 離心畸變差 P1 3.3577e-006 P2 6.1088e-006 Affinity Parameter x、y 軸尺度比 B1 3.407e-005 Affinity Parameter x、y 軸非正交 B2 4.937e-005

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表3- 21 吉安鄉航攝資訊表

圖3- 34 航線分布圖

2. 控制點選取與測量方式

本節探討以點特徵的航空影像控制資訊進行空三平差之精度分析時，點特徵 的航空影像控制點佈設採傳統空三佈設方式，控制點同時具備平面及高程坐標，

測區周圍界線上2 至 4 空中攝影基線( 基線以重疊 60%為準計算)佈設，控制點 與空中攝影基線比約1:5，以滿足空三平差所需之控制點數量，其分布見圖 3-35。

坐標系統平面採用TWD97 坐標系，高程系統採用 TWVD2001 正高系統。運用

項目 說明

拍攝區域 花蓮縣吉安鄉

拍攝面積(公頃) 約300 地面解析度(公尺) 約0.12 飛行高度(公尺) 550

航帶數 7

像片數 204

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既有已完成空三平差之航空影像重複量取可明顯辨識特徵之影像點特徵至少三 次無粗差之坐標值並取其平均值作為控制點坐標。地面檢核點則是以GPS-RTK 施測UAV 影像上清晰可判釋之地物點，高程則以內政部所提供大地起伏轉換模 式轉換成正高。

圖3- 35 點特徵控制點分布圖

圖3- 36 精度分析 GPS-RTK 檢核點分布圖

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(二) 實驗成果

航攝影像於101 年 10 月 27 日以 UAV 航拍搭載焦距 24mm 鏡頭之 Canon EOS 5DII 數位相機航拍取得。航帶與影像分布圖如前圖 3-34 所示，地面解析力 GSD 約12 公分。

空三平差解算先進行一般光束法空三平差；其過程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； 自由網解算達影 像量測先驗精度要求後加入控制點及檢核點，檢驗分析其殘差。後續再進行自率 光束法空三平差解算。作業流程與本章第三節圖3-16 所示相同。

平差時像坐標量測精度設定為6.4 控制點 E、 N 坐標精度均設定為 0.35 公尺，高程精度設定0.50 公尺。連結點分布圖如圖 3-37 所示，網形分布圖如圖 3-38 所示。

圖3- 37 連結點分布圖 圖3- 38 網形分布圖

以下分別說明一般光束法及自率光束法空三平差之成果。實驗過程中，以檢 核點 RMSE 檢視空三平差可達之精度。

(1). 一般光束法空三平差成果:

本階段實驗中，以 10 公尺率定距離條件近景攝影測量軟體率定之相機參數 配置點特徵的航空影像控制資訊進行一般光束法平差並無法收斂迭代至預設像

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點量測先驗精度內。其空三平差成果如圖 3-39 所示，空三平差檢核點 RMSE 如表 3-22 所示。

圖 3-39 點特徵點特徵的航空影像控制資訊進行一般光束法空三平差成果 表3- 22 點特徵的航空影像控制資訊進行一般光束法空三平差檢核點 RMSE 表

點號 橫坐標較差 縱坐標較差 高程較差 HLCH03 -1.86 0.68 -25.93 HLCH04 -1.12 1.93 -26.42 HLCH07 -2.95 1.44 12.59 HLCH09 -1.04 0.66 50.03 HLCH010 0.04 2.40 42.59 L06 -0.27 -0.64 34.21

RMSE 1.56 1.47 34.20

單位：公尺

由表3-22 可知以點特徵點特徵的航空影像控制資訊進行一般光束法空三平 差的檢核點平面RMSE 達 3.06 公尺，高程更高達 34.20 公尺，並無法達到精度 要求，逐進行自率光束法空三平差。

(2). 自率光束法空三平差成果:

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進行自率光束法空三平差是將像主距、像主點、透鏡畸變差設定為近似值，

並藉由自動匹配之連結點與人工量測控制點無誤的像點坐標觀測量以最小二乘 法同時解算UAV 影像之外方位參數與所酬載之相機參數。自率光束法空三平差 結果如圖3-40 所示，平差迭代至第 9 次像點觀測量即可達到 6.7 ，已經接近 一個像元尺寸6.4 。表3-23 點特徵航空影像控制資訊自率光束法空三平差之 檢核成果表，檢核點平面精度達 0.43 公尺 高程精度可達 0.44 公尺。

圖3- 40 點特徵的航空影像控制資訊進行自率光束法空三平差成果 表3- 23 特徵的航空影像控制資訊進行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 -0.25 0.26 0.72 HLCH04 0.41 0.38 0.54 HLCH07 -0.46 -0.38 0.36 HLCH09 0.10 -0.11 0.22 HLCH010 -0.04 0.10 0.20 L06 0.35 -0.41 0.34

RMSE 0.31 0.30 0.44 單位：公尺

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二、小結

運用既有經過空三平差之航攝影像，重複量取與UAV 航攝影像同時可清晰 辨識之點特徵控制資訊，經由自率光束法空三平差後，並透過實地施測GPS-RTK 檢核點檢視成果精度，證實以點特徵的航空影像為控制資訊配合適當的控制點權 重配賦，可以達到一定的精度。