非量測性攝影機航攝正射影像精度之研究

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

非量測性攝影機航攝正射影像精度之研究

Resear ch on Accur acy of Aer ial Or thoimages Using Non-Metr ic

Camer as

計畫編號：87-2211-E-004-001-執行期限：86 年 8 月 1 日至 87 年 7 月 31 日

主持人：黃灝雄

_{政治大學地政系}

In this study, multiple strips of aerial color positives were taken using a non-metric camera mounted on a helicopter. By the use of analytical photogrammetry and image processing technologies, digital orthoimagaes were mosaicked and produced using scanned film. The resulted images were compared with the existing digital line map. Accuracy of the final map has also been analyzed.

二、緣由與目的 正射像片圖具有一般線繪地形圖之幾何精度，又顯示了豐富之地表資訊，已 早為農、工、漁、林、礦各界廣泛使用。傳統正射像片圖製作係利用立體測圖儀 及斷面錄存儀，讀取與記錄空照立體像對之數值地形模型，而後採用正射投影儀 晒製正射像片圖；近十年來，利用影像處理技術製作之數位正射像片製圖方式已 趨成熟，並已應用製作台灣地區之基本像片圖，傳統類比正射像片製圖方式因而 走入歷史。 不論傳統類比或現行數位方式，國內外利用航空攝影測量測製之正射像片 圖，一般均採用量測性攝影機拍攝之黑白正片，主因是量測性攝影機專為製圖設 計，一攝影鏡頭與機身均已經嚴密率定，精度甚高，惟此種攝影機價格高昂，其 所使用之寬像幅底片亦不易取得。普通業餘所習用之非量測性攝影機則非為製圖 1 _{EMAIL:hhh@nccu.edu.tw}

設計，鏡頭畸變差與底片平坦伸縮不易掌握，但是普通攝影機價格低廉，底片取 得容易，沖洗處理方便，許多普通攝影機之製造商亦已盡力將畸變差與底片伸綻 之影響降低，故非量測性攝影機亦曾被嘗試應用於許多測圖。 此外，以往因黑白片之解像力較彩色者高，而製圖者乃著眼應用像片之幾何 性，故一般均使用黑白像片製圖。然而，近代彩色像片解像片已改進，因此，本 研究採用彩色像片，目的在利用低成本非量測性攝影機拍攝之彩色正片，製成精 確可用，而較黑白像片更具豐富資訊之數位正射彩色像片圖。 三、結果與討論 本計畫初期設計採用攝影機像幅為 60mm*60mm，焦距為 40mm，離地表航 高為 200m，前後重疊 60%，左右重疊 30%，預期垂直空中拍攝平均像比例尺 1:5000、多航帶、每航帶數片之地區，並計畫採用解像度為 12.5μ/pixel 之精密 掃瞄儀來掃瞄彩色正片；研究結果顯示： 1.本計畫所租遙控直昇機之飛行高度受限於 200m∼500m，直昇機雖附加高度計 與即時傳輸被拍地區影像之監視系統，但對地形起伏較大 – 如高差 100m 之 地區，仍無法精密掌控離地表之真實航高，因此所得成像之比例尺與前後、左 右重疊均受影響；對地形平坦地區，計算所得實際航高約為 210m∼240m，惟 對都市高層建物密集地區，空中攝影之垂直度亦無法完全掌控，因此成像之比 例尺變動較大，前後、左右重疊亦受影響。 2.所採用攝影機為：Rolleiflex 6008 型，原攝影機附有網格玻璃版，若拍攝時， 置於焦面底片前，成像將可視得 121 個十字網格，因此可視之為量測性攝影 機；本計畫為測試非量測性攝影機之應用效果，又為去除成像上十字網格之影 像視覺，拍攝時並未放置網格玻璃版，因此成像沒有框標，透鏡畸變差則經率 定與原廠者類似：-0.371μ∼0.131μ，故於內方位判定時，已將這些因素一併 計算。 3.以實際拍攝結果之其中一個像對而言，前後重疊計算得約 80%，基線-航高比 值推算為 0.30，此一數值相當於傳統採 9in 像幅，前後重疊 60%，而焦距則採 12in 之航空攝影，故對製圖而言，本研究雖採小像幅像片，基高比值仍可適用。 4.掃瞄像片時所採解像度影響後續方位計算、數值高程、正射成圖等精度，本研 究採 12.5μ/pixel 之掃瞄解像度，內方位計算精度為 11.5μ，相對方位計算精 度為 8.3μ，絕對方位控制點之平面精度(RMS)為 0.312m，高程精度為 0.145m， 由此得知：製作成圖之比例尺以小於 1:3000 較適合。 四、成果評論 根據上述結果，推得下列評論： 1. 若作為航空攝影測量用之遙控直昇機，其機動性甚強，對本計畫原先預期 -小地區、低成本之要求，大致能符合，且因航高較低，受雲層、地面霾氣影 響較少，影像品質較傳統航空攝影所得者毫不遜色。惟操縱直昇機之穩定度

仍待加強，尤其對高層建物較密集之都市地區，應位於較高樓層之樓頂開闊 地區，施行遙控直昇機之飛行與攝影。對地勢起伏較大地區，則應位較高地 點，採多點操控為宜。 2. 現階段，對數位攝影測量而言，小像幅像片確為非常良好之選擇，這些透明 正片，不僅底片取得容易、沖洗處理方便，經由掃瞄數化之影像，儲存較不 佔空間，後續展示、立體觀察、方位量測、數值高程測製、重新取樣等處理， 亦較傳統 9in 像片者快速。若為製圖用途，攝影機如採用經過率定、附有框 標或網格玻璃版之量測性攝影機，成果精度應更能增加。 3. 本研究為爭取時效，地面控制點採用台北市現有 1:1000 數值地形圖之資料， 實際上，近數年研究地區之地形地貌變遷甚多，山坡地區更為嚴重，若能加 強控制數據之精度，成果影像應能測製較大比例尺之像片圖。 4. 整體而言，本研究之成果已達成預期目標，後續研究應可朝向應用無地面控 制，使用衛星定位導航之遙控載具，與使用數位攝影機空中直接攝取數位影 像等方面。 五、參考書目 1. 黃灝雄，1988，數位空照影像正射像片製圖，國科會專題研究計畫報告。 2. 台北市一千分之一數值地形圖航空測量作業規定，1993，中華民國航空測量 及遙測學會。 3. 第十三屆測量學術及應用研討會論文集，83 年 9 月，桃園中壢，中央大學。 4. 第十四屆測量學術及應用研討會論文集，84 年 8 月，台中，中興大學。 5. 第十五屆測量學術及應用研討會論文集，85 年 9 月，台北，政治大學。 6. 第十六屆測量學術及應用研討會論文集，86 年 9 月，桃園大溪，中正理工學 院。

7. Close-Range Photogrammetry & Surveying：State-of-The Art，American Society for Photogrammetry and Remote Sensing.

8. Digital Photogrammetry: An Addendum to the Manual of Photogrammetry， 1996，American Society for Photogrammetry and Remote Sensing.

9. Handbook of Non-Topographic Photogrammetry，1st. ed.，1979，American Society for Photogrammetry and Remote Sensing.

10. Manual of Photogrammetry，4th. Ed.，1980，American Society for Photogrammetry and Remote Sensing.

11. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing，American Society for Photogrammetry and Remote Sensing.