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重建大师帮助GET3D Professional

本页内容

重建大师空三说明书

1 概述​

空中三角测量(Aerial Triangulation,简称空三)是重建大师三维重建流程的第一步。它通过光束法平差最小化重投影误差,解算每张影像曝光瞬间的相机位置与姿态,并生成连接点的三维坐标。在此基础上导入控制点并刺点,或引入高精度 POSE 作为平差约束,可进一步提升成果的绝对精度。

初次使用时,可参照《用户手册》的操作说明,使用默认参数完成空三处理。需要调整参数或排查结果异常时,再查阅本文档。

2 处理流程​

空三处理前应检查输入数据和相机参数,并根据数据特点设置参数。处理完成后检查结果,必要时进行优化。

图 1 空三处理流程

图 1 空三处理流程

1  照片自带相机内参时自动读取;没有内参时手动填写。分辨率、焦距、拍摄设备任一不同,须分属不同照片组。

2  无 POSE 时影像对采用穷举匹配,成果无尺度、无地理位置。

3  自由网空三完成后,在空三报告与三维视图中查看入网率、重投影误差、相机参数变化,并目视检查网形是否规整。

4  控制点参与空三平差;检查点不参与平差,只用于精度评定;连接控制点用于尺度约束,无 POSE 的成果同样适用。

5  空三尺度约束在编辑控制点模块,用两个连接控制点之间的已知距离校正成果尺度。

6  精度不合格时先回刺点核对控制点信息;确认无误仍不合格,说明自由网相对精度不足,按空三优化处理。

注意:指标全部达标不代表空三没有问题。有些问题在空三阶段看不出来,要等模型建出来才暴露,例如模型上房屋或路面在某处错开一小截、接缝处裂开一道细缝。遇到这类情况按《空三结果优化》处理。

3 功能介绍​

3.1 空三设置界面​

空三参数可在【空三设置】和【更多设置】界面中设置。

3.1.1 预设​

图 2 空三设置预设

图 2 空三设置预设

自由网:输入照片(POSE可选),恢复照片位姿,并生成稀疏点云。

控制网:在自由网空三结果上刺控制点,进行控制网空三,提升空三绝对精度。

自定义:自定义空三设置,用于一些特定的空三情况。

更多:打开【更多设置】界面,根据数据特点调整空三参数。界面及参数说明如下。

图 3 空三更多设置界面

图 3 空三更多设置界面

除本节特别说明的参数外,其余参数保持默认设置。自由网空三中的【连接点】保持【计算】,一般无需调整。

表 1 空三更多设置参数说明

参数

选项

说明

特征密度

默认

默认的特征密度,效率较高。

高

针对弱纹理影像,可提升入网率。

影像对生成

GPS邻域

有POSE时默认使用。软件根据POSE自动设置邻域范围,默认500 m,自动计算结果不足500 m时按500 m使用。重复纹理场景为减少错匹配,可在三维视图量取同一航线上相邻两张照片的距离,并据此设置邻域范围。

穷举

无POSE时使用穷举匹配。

影像对过滤强度

高

适用于大部分场景,效率较高,一般保持默认。

中

适用于非规则航线或正射场景,效率中等。

低

适用于低重叠度场景,效率较低,慎用。

相机内参

焦距

【调整】:默认,平差时自适应调整。大疆无人机使用机械快门并开启RTK模式时,照片自带相机检校参数,建议选择【保持】;部分航摄仪采集的影像,也建议设置正确焦距后选择【保持】。

滚动快门补偿

滚动快门相机勾选此设置。本文涉及的大疆无人机照片参数中,Electronic指电子快门(滚动快门);字段说明及补偿注意事项见6.2“大疆影像元数据说明”。

平差约束

控制点

使用控制点参与平差;检查点不参与平差计算。

位置元数据

照片POSE本身具有RTK高精度时建议使用。无人机RTK定位不等于任意挂载相机的照片POSE均具有相同精度,应核对照片位置的来源和参考点;部分大疆测绘照片已完成相机中心位置补偿。

相机精度

位置元数据约束的权重参数,默认0.01 m,一般保持默认;该数值不表示照片POSE的实测精度。

定位方式

任意的

不定位,区块为任意方向。

自动垂直

根据区块中的连接点计算Z方向。

GPS刚性变换

根据输入的GPS原始位置进行刚性变换。

控制点刚性变换

使用至少3个控制点进行刚性变换。

其他选项

高程伪彩色

默认。使用高程伪彩色显示连接点,跳过读取原片生成连接点颜色的步骤。

RGB

读取原片,对连接点着色,会增加处理时间。

可同时勾选平差约束和定位方式,使用定位方式中的设置做刚性变换,使用平差约束中的设置做约束调整。

3.1.2 分割子区块设置​

3.1.2.1 自由网分割区块​

图 4 自由网分割子区块设置

图 4 自由网分割子区块设置

自由网自动分割子区块和手动分割子区块处理流程在平差阶段支持多机并行的处理策略,有多台电脑同时处理的情况下可以有效提升空三的运算效率,区块照片数量大于8000张建议分子区块处理。

自动分割子区块:每张照片都有位置信息,按规则航线获取的照片,根据设定的子区块照片数量,自动分割子区块。

手动分割子区块:在缺少部分POSE、没有POSE的情况下使用,根据照片组分子区块。

不分割子区块:照片数量小于8000张推荐使用。

以下为空三处理流程,上一阶段任务完成后开始下一阶段,多任务阶段可多机并行,单任务阶段是单机处理。(空三过程中有部分引擎空闲为正常情况)

图 5 自由网空三处理流程

图 5 自由网空三处理流程

3.1.2.2 控制网分割区块​

图 6 控制网分割子区块设置

图 6 控制网分割子区块设置

控制网自动分块在平差阶段运用了多机并行处理策略,在使用集群处理大规模空三时提升空三的运算效率,区块照片数量大于50000张建议分子区块处理。

自动分割子区块可提升控制网空三速度。分割后,每个子区块应有3个以上的控制点。分块推荐按默认50000张设置,不宜设置过小。

不分割子区块:提交后生成一个任务,只能单机处理。

以下为空三处理流程,上一阶段任务完成后开始下一阶段,多任务阶段可多机并行,单任务阶段是单机处理。(控制网空三过程中有部分引擎空闲为正常情况)

图 7 控制网空三处理流程

图 7 控制网空三处理流程

3.1.2.3 效率优化​

图 8 效率优化设置

图 8 效率优化设置

建议倾斜场景数据勾选效率优化。不勾选效率优化需要更大的内存,更长的计算时间,64GB内存的电脑能处理的最大影像数量为10万张。

3.1.2.4 高精度地理定位​

图 9 高精度地理定位设置

图 9 高精度地理定位设置

【高精度地理定位】用于处理多尺度影像空三中的分层、变形,以及连接薄弱或缺少连接导致的照片未入网问题。

该设置仅适用于 DJI M3E、DJI M4E 开启 RTK 模式并获得高精度固定解时采集的影像。算法利用高精度照片位姿合并空三结果,绝对误差可控制在3 px以内。

3.2 查看详情​

可查看空三详细进度,各子任务时间和总耗时。

图 10 空三进度与耗时详情

图 10 空三进度与耗时详情

4 空三指标介绍​

4.1 入网率​

入网率反映照片参与空三解算的情况,不能只以是否达到100%判断结果好坏。结合当前任务的照片数量、入网与未入网情况,重点检查未入网照片是否集中在测区关键区域、是否造成覆盖缺口,以及不同航线或区块之间的连接是否薄弱。测区外侧或水面等区域少量照片未入网时,应结合实际覆盖与建模需求判断。以下为几种常见的照片不入网情况。

①水面照片丢片

左图中蓝色点为未入网照片,右图中红框内的照片为未入网的部分照片。

图 11 水面照片未入网示例图 11 水面照片未入网示例

图 11 水面照片未入网示例

②山地照片丢片

左图中蓝色点为未入网照片,处于航飞区域外侧;照片与地面距离太近导致;地物为森林等多个原因,有部分照片不入网,且不影响测区内部的建模,为正常情况。

图 12 山地照片未入网示例图 12 山地照片未入网示例

图 12 山地照片未入网示例

图 13 山地照片与地面的距离示例

图 13 山地照片与地面的距离示例

4.2 控制点精度​

空三控制网平差是在空中三角测量中,通过所刺的控制点信息,对相机位置、姿态等参数进行调整,提升空三绝对精度。在控制网结果上查看精度,控制点偏差X/Y/Z的经验推荐值为0.01 m,不作为通用验收标准。

4.3 检查点精度​

检查点不参与空三平差,用于独立检查成果精度。将空三解算的检查点坐标与已知坐标比较,按项目要求分别评价平面精度和高程精度,不能以控制点拟合残差替代检查点误差。例:项目要求平面精度优于0.1 m、高程精度优于0.15 m时,应先明确要求针对单点误差还是总体统计值。若平面指标指水平合成误差,应计算√(ΔX²+ΔY²),高程误差取|ΔZ|;|ΔX|、|ΔY|分别小于0.1 m并不保证水平合成误差小于0.1 m。总体精度应按项目规定的统计方法评价。

5 空三参数设置​

5.1 参数界面​

图 14 空三参数界面

图 14 空三参数界面

5.2 自由网​

5.2.1 倾斜​

倾斜数据建议默认参数提交,城市场景可勾选效率优化提升空三效率。

图 15 倾斜场景空三参数设置

图 15 倾斜场景空三参数设置

5.2.2 正射​

5.2.2.1 一般正射场景​

采集正射影像时,建议使用带高精度云台的相机或航摄仪器,并采集高精度定位信息。将高精度位置元数据作为平差约束,可提高正射场景空三解算的稳定性。

有高精度定位信息的数据。

正射场景建议参数。

效率优化

位置元数据(建议高精度GPS使用,并填写相机精度。低精度GPS作为平差约束输入,会影响空三整体精度)

图 16 一般正射场景空三参数设置图 16 一般正射场景空三参数设置

图 16 一般正射场景空三参数设置

左:默认参数结果弯曲,右:上述推荐参数结果正常。

图 17 一般正射场景空三结果对比(一)图 17 一般正射场景空三结果对比(一)

图 17 一般正射场景空三结果对比(一)

图 18 一般正射场景空三结果对比(二)图 18 一般正射场景空三结果对比(二)

图 18 一般正射场景空三结果对比(二)

5.2.2.2 正射弱纹理场景​

正射弱纹理场景,入网率低建议参数。

效率优化

高 特征密度

中 影像对过滤强度

位置元数据(建议高精度GPS使用,并填写相机精度。低精度GPS作为平差约束输入,会影响空三整体精度)

图 19 正射弱纹理场景空三参数设置图 19 正射弱纹理场景空三参数设置

图 19 正射弱纹理场景空三参数设置

左:默认参数结果入网率低,右:上述推荐参数照片全部入网。

图 20 正射弱纹理场景入网结果对比(一)图 20 正射弱纹理场景入网结果对比(一)

图 20 正射弱纹理场景入网结果对比(一)

图 21 正射弱纹理场景入网结果对比(二)图 21 正射弱纹理场景入网结果对比(二)

图 21 正射弱纹理场景入网结果对比(二)

5.2.2.3 正射免相控场景​

正射免相控场景的推荐参数如下。

效率优化

高 特征密度

低 影像对过滤强度

保持 有正确准确焦距,焦距选择保持

位置元数据(建议高精度GPS使用,并填写相机精度。低精度GPS作为平差约束输入,会影响空三整体精度)

图 22 正射免相控场景空三参数设置图 22 正射免相控场景空三参数设置

图 22 正射免相控场景空三参数设置

5.2.2.4 M3TD M4TD等电子快门无人机​

DJI无人机开启RTK采集的无人机影像,电子快门做自由网和控制网时,均需要勾选滚动快门补偿选项提升空三绝对精度。(详细解释见附录6.2)

图 23 电子快门无人机滚动快门补偿设置图 23 电子快门无人机滚动快门补偿设置

图 23 电子快门无人机滚动快门补偿设置

5.2.3 道路​

图像重复纹理问题导致的纹理错匹配。

5.2.3.1 单镜头环绕道路航线​

效率优化

环绕航线一圈的直径 搜索半径

中 影像对过滤强度

位置元数据(建议高精度GPS使用,并填写相机精度。低精度GPS作为平差约束输入,会影响空三整体精度)

图 24 单镜头环绕道路航线空三参数设置图 24 单镜头环绕道路航线空三参数设置

图 24 单镜头环绕道路航线空三参数设置

默认参数空三丢片。

图 25 单镜头道路场景默认参数空三结果图 25 单镜头道路场景默认参数空三结果

图 25 单镜头道路场景默认参数空三结果

只勾选位置元数据,空三部分丢片。

图 26 单镜头道路场景仅勾选位置元数据的空三结果图 26 单镜头道路场景仅勾选位置元数据的空三结果

图 26 单镜头道路场景仅勾选位置元数据的空三结果

上述推荐参数空三全部入网

图 27 单镜头道路场景推荐参数空三结果图 27 单镜头道路场景推荐参数空三结果

图 27 单镜头道路场景推荐参数空三结果

5.2.3.2 五镜头道路航线​

采用五镜头规则航线采集时,注意开启 RTK 模式。推荐参数如下。

位置元数据

图 28 五镜头道路航线空三参数设置图 28 五镜头道路航线空三参数设置

图 28 五镜头道路航线空三参数设置

5.2.4 免相控​

5.2.4.1 未空三提交​

可在自由网阶段,勾选位置元数据,提升空三绝对精度。

位置元数据

图 29 免相控场景自由网提交设置图 29 免相控场景自由网提交设置

图 29 免相控场景自由网提交设置

5.2.4.2 自由网结果提交​

可通过自定义参数设置,勾选位置元数据,做平差约束提升空三绝对精度。参数设置如下

图 30 免相控场景自由网结果提交设置图 30 免相控场景自由网结果提交设置

图 30 免相控场景自由网结果提交设置

5.2.5 贴近​

贴近拍摄场景建议选择【不分割子区块】,并尝试下图框选的参数组合。

图 31 贴近拍摄场景空三参数设置图 31 贴近拍摄场景空三参数设置

图 31 贴近拍摄场景空三参数设置

左图为默认参数模型结果,右侧为勾选空三优化后的模型结果。

图 32 贴近拍摄场景空三优化效果对比

图 32 贴近拍摄场景空三优化效果对比

5.3 空三优化​

在工程列表中右键点击已完成空三处理的区块,通过右键菜单打开【空三优化】界面。

图 33 空三优化入口与设置界面 图 33 空三优化入口与设置界面

图 33 空三优化入口与设置界面

5.3.1 二次空三优化​

二次空三优化可提升空三相对精度、改善模型效果,但会增加计算时间。可在提交自由网空三时勾选,也可在自由网完成后基于其结果提交。无人机航拍场景包含大量高层建筑时,建议使用。处理流程如下。

图 34 二次空三优化处理流程

图 34 二次空三优化处理流程

1、 提交自由网时勾选空三优化设置

图 35 提交自由网时的空三优化设置图 35 提交自由网时的空三优化设置

图 35 提交自由网时的空三优化设置

2、 自由网结果空三优化设置

图 36 自由网结果的空三优化入口

图 36 自由网结果的空三优化入口

图 37 自由网结果的空三优化设置

图 37 自由网结果的空三优化设置

案例:若重建场景包含大量城市建筑,建议在自由网阶段勾选该选项;若在建模结果中发现以下截图中的模型结构问题,可通过二次提交的方式优化空三。

图 38 二次空三优化前后建筑立面纹理对比

图 38 二次空三优化前后建筑立面纹理对比

图 39 二次空三优化前后建筑立面白模对比

图 39 二次空三优化前后建筑立面白模对比

图 40 二次空三优化前后屋面纹理对比

图 40 二次空三优化前后屋面纹理对比

图 41 二次空三优化前后屋面白模对比

图 41 二次空三优化前后屋面白模对比

5.3.2 自由网接边优化​

对存在关联的多个区块,分别完成自由网平差并合并后,可进行自由网接边优化,以减少区块间的分层现象。

参数设置分为以下两种情况:

图 42 自由网接边优化设置界面

图 42 自由网接边优化设置界面

1、 多个空三大概对齐的情况

使用 pose 进行自由网空三,或在自由网空三后进行过控制处理的区块,可视为已大致对齐。

图 43 大概对齐区块的自由网接边优化设置图 43 大概对齐区块的自由网接边优化设置

图 43 大概对齐区块的自由网接边优化设置

2、 多个空三未对齐的情况

自由网空三未输入POSE,且未做过控制的情况。

图 44 未对齐区块的自由网接边优化设置图 44 未对齐区块的自由网接边优化设置

图 44 未对齐区块的自由网接边优化设置

5.3.3 控制网接边优化​

将多个完成控制网平差的区块合并后进行此操作,减少接边分层现象。

各区块分别完成控制网空三后,合并空三结果,再提交控制网接边优化。处理流程如下。

图 45 控制网接边优化处理流程

图 45 控制网接边优化处理流程

空三设置如下:

图 46 控制网接边优化参数设置

图 46 控制网接边优化参数设置

案例:考虑到多期数据生产的建模场景,整个测区分成多个区块,分别自由网空三后,通过控制点进行空三接边是一种稳妥可靠的方式。

区块接边处可能存在控制点无法采集、控制点被遮挡而无法刺点,以及边缘照片重叠度较低、约束较弱等情况。这些因素会使区块间缺少足够的公共控制点约束,增加合并重建后模型分层的风险。

下图为重建大师数据管理界面,不同颜色的影像表示不同的空三区块。

图 47 多个空三区块的影像分布

图 47 多个空三区块的影像分布

左图为优化前,右图为优化后。

图 48 控制网接边优化效果对比(一)图 48 控制网接边优化效果对比(一)图 48 控制网接边优化效果对比(一)图 48 控制网接边优化效果对比(一)

图 48 控制网接边优化效果对比(一)

图 49 控制网接边优化效果对比(二)图 49 控制网接边优化效果对比(二)

图 49 控制网接边优化效果对比(二)

5.3.4 连接控制点进行优化​

连接控制点优化用于处理自动空三未能解决的小范围局部分层问题。选择分层区域中可辨识的特征点,添加为连接控制点,并尽量在所有能清楚看到该点的照片上完成刺点。刺点后,结合重投影误差检查该区域:RMS超过3 px、部分照片的相对重投影误差超过5 px,均提示需要进一步核查局部相对精度;模型中可能表现为结构分层。这些数值用于异常判读,不是刺点操作的目标值。

处理流程如下:

图 50 连接控制点优化处理流程

图 50 连接控制点优化处理流程

提交连接控制点优化时,保持默认设置即可。

图 51 连接控制点优化提交设置

图 51 连接控制点优化提交设置

案例:添加连接控制点并完成刺点后,提交连接控制点优化。

左图为优化前,右图为优化后。

图 52 连接控制点优化效果对比(一)图 52 连接控制点优化效果对比(一)

图 52 连接控制点优化效果对比(一)

左图为优化前,右图为优化后。

图 53 连接控制点优化效果对比(二)

图 53 连接控制点优化效果对比(二)

5.4 控制网​

5.4.1 倾斜场景​

按给定的参数默认提交即可。若需分块多机处理,需调整自动分块数量。

5.4.2 正射场景:高精度POSE,控制点稀疏​

平差约束同时勾选控制点和位置元数据可提升空三绝对精度。(建议高精度GPS使用。低精度GPS作为平差约束输入,会影响空三控制网整体精度,导致模型分层问题)

图 54 正射场景控制网参数设置图 54 正射场景控制网参数设置

图 54 正射场景控制网参数设置

5.4.3 控制网刚性变换​

只使用控制点做刚性变换,不使用控制点做平差约束。一般用于低精度的空三位置调整。

图 55 控制网刚性变换设置图 55 控制网刚性变换设置

图 55 控制网刚性变换设置

6 附录​

6.1 如何查看空三报告​

空三报告汇总空三成果的主要指标。建议依次检查:结果是否完整(入网与覆盖)、内部几何是否可靠(连接点、重投影误差和相机参数)、解算位置与输入POSE是否一致,以及独立检查点是否满足项目精度要求。发现异常后,结合照片、刺点和三维视图核查,不能凭单一指标判定成果质量。

相机参数变化:按同一照片组核对输入的相机参数与空三解算结果,重点查看焦距、主点和畸变参数。比较前应确认参数单位及主点坐标定义一致,并区分焦距使用【保持】还是【调整】。发现参数变化明显时,结合照片组划分、输入参数、影像质量、航线连接及误差分布核查,不能直接套用其他软件的数值门槛。

6.1.1 相机位置与原始POSE数据的距离​

相关概念

表 2 POSE偏移相关概念

术语

说明

原始POSE

导入软件时每张照片对应的原始位置数据。位置参考点取决于采集设备和数据处理方式,应核对是否为相机投影中心;大疆部分测绘照片已补偿至相机中心。

相机位置

空三平差解算后得到的相机投影中心位置。

POSE偏移

原始POSE位置与空三解算的相机位置之间的三维距离,用于检查两者的差异,不直接代表成果绝对精度。

原始 POSE 在整个流程中有两个作用:

1. 作为位置初值:空三匹配影像时,利用 POSE 提供的邻域关系缩小匹配范围,减少匹配数量、提升匹配效率;

2. 作为位置约束:高精度 POSE 参与平差,可以让空三结果具有更高的绝对精度。

查看量级与空间分布

将位置偏移与POSE本身的精度、位置参考点和数据来源结合判断,不以统一的分米级阈值判定所有数据。

箭头长度受偏移量和显示尺度影响。箭头不明显只能说明当前尺度下偏移较小,应结合数值核查。

颜色表示的偏移大小以当前图例为准,重点检查是否存在成块、成航带或成架次的异常分布,不能仅凭颜色判定正常或异常。

异常情况与原因

偏移明显超出输入POSE的预期精度,或局部成块、成航带、成架次偏大时,应进一步核查。下表列出排查线索,不能仅凭图上形态确定原因。

表 3 相机位置偏移的表现、原因与处置

图上表现

可能原因

核查与处理

局部或全部区域显示橙红色,且线条相互交错

照片与POSE位置信息的对应关系可能错误。

核对照片与POSE的对应关系,优先查找正确的POSE文件后重新导入;见6.3“POSE错位”。

偏移值偏大且接近;顶视图箭头短,正视图与侧视图箭头一致指向高程方向

控制点与POSE的高程系统可能不一致,控制网空三中较为常见。

结合控制点与POSE的高程系统判断,最终成果高程以控制点为准。

偏移大的照片局部聚集,不沿航带分布,周边照片正常

可能存在局部错匹配。

结合重投影误差、连接点数量与三维视图核查。楼顶分层可用5.3“二次空三优化”处理;局部分层可用5.3“连接控制点进行优化”,通过人工刺点调整照片姿态。

POSE对应关系错误、高程系统差异与局部错匹配应分别核查。先核对照片与POSE,再结合误差图和三维视图判断,避免将高程差异直接判为POSE错位。

最终成果的高程以控制点为准。控制点与POSE的高程系统不一致时,空三报告中照片解算位置与原始POSE位置之间的偏差可能较大。

联合查看报告中的“每张照片重投影误差”和“相机观察到的连接点数”两图。前者用于检查误差在照片间的分布,后者用于检查各照片关联的连接点数量。重点核查误差偏大、连接点偏少或集中于同一区域的照片,再到三维视图检查照片姿态和航带连接。连接点较少是核查线索,不能单凭数量确定错匹配;连接点较多也不保证匹配正确。

连接点总数、每张照片观察到的连接点数、每个连接点的观察次数是不同指标:总数描述重建的三维连接点规模;每张照片的数量描述该照片关联的连接点;观察次数描述同一连接点被多少张照片观测。数量应结合空间分布、跨航线连接与重投影误差判断,不采用统一的点数合格线。

注意:偏移量小不等于成果绝对精度高。自由网平差没有控制点,本项指标只能说明 POSE 与影像互相自洽,不构成绝对精度的依据。评估成果绝对精度,仍需结合控制点和检查点做综合判断。

图 56 相机位置与原始POSE数据的距离

图 56 相机位置与原始POSE数据的距离

6.1.2 场景覆盖率​

场景覆盖率图展示测区各区域能够被多少张照片观测到。按图例查看覆盖数量,重点检查覆盖薄弱区域;这里的数值为照片数量,不是百分比。

覆盖数量可作为检查影像覆盖情况的线索,不能单独用来判断重建质量,还需结合连接点、误差和实际重建结果。

图 57 场景覆盖率

图 57 场景覆盖率

6.1.3 连接点观察次数​

连接点观察次数是观测到同一连接点的照片数量。一次观察对应一张参与观测的照片。

2度点仅由两张照片观测,没有额外照片提供约束;3度及以上的连接点增加了其他照片的观测约束。在其他条件相近时,观测照片越多,连接点通常越稳定,精度越高。图58图例依次为2次、3次、4次和5次及以上。

图 58 连接点观察次数

图 58 连接点观察次数

6.1.4 重投影误差​

重投影误差是使用当前相机参数,将三维点投影回影像后,投影位置与对应量测像点之间的二维像素距离,单位为px。

判读误差时,应先区分统计对象:单个像点的一次重投影误差、同一照片或同一点多次观测的汇总值,以及整个任务的总体值,不能直接按相同数值比较。

平均值、均方根(RMS)和最大值的含义不同。带符号坐标偏差的平均值有助于观察整体偏移,但正负偏差可能相互抵消;RMS为偏差平方后取平均再开方,最大值反映样本中的极端情况。报告采用哪种统计方式,以本软件实际字段为准。

图59中的反投影射线用于说明图像量测与三维点的几何关系;三维点到该射线的距离与像面重投影误差含义不同。本节按软件和报告中的重投影误差进行判读。

图 59 重投影误差与反投影误差示意

图 59 重投影误差与反投影误差示意

6.1.5 相对/绝对重投影误差​

相对重投影误差:将空三连接点或刺点前方交会得到的三维点投影到影像后,计算投影位置与对应量测像点之间的二维像素距离。

绝对重投影误差:将已知控制点坐标投影到影像后,计算投影位置与对应量测像点之间的二维像素距离。“绝对”指使用已知控制点坐标,不是对数值取绝对值的简称。本节的“相对重投影误差”和“绝对重投影误差”沿用本软件字段名称,两者均为影像上的像素误差,不能分别等同于成果的相对精度和绝对精度。

• 相对重投影误差

在刺点界面查看重投影误差。基本情况下,建议将误差的绝对值控制在3 px以内;这是经验建议,超出时应检查刺点及自由网空三结果。

图 60 刺点界面的重投影误差

图 60 刺点界面的重投影误差

6.1.6 坐标偏差与绝对重投影误差​

坐标偏差:偏差[X]、偏差[Y]、偏差[Z]分别表示刺点照片前方交会点与控制点已知坐标在三个坐标方向上的差值,单位与坐标单位一致;坐标采用米时,偏差单位为m。

绝对重投影误差:将控制点已知坐标投影到像平面后,计算投影位置与对应量测像点之间的二维像素距离,单位为px。

查看图61时,分别核对坐标偏差与像素误差,重投影误差的经验建议见前文。

坐标偏差用于查看三维坐标的差异,绝对重投影误差用于查看影像上的像素差异,两者不能直接比较数值。

图61分别示意坐标偏差和绝对重投影误差。

图 61 控制点坐标偏差与绝对重投影误差

图 61 控制点坐标偏差与绝对重投影误差

6.1.7 控制点、检查点精度​

控制点用来校正模型;检查点用来检验模型。

地面控制点(Ground Control Point,GCP)

控制点参与空三平差,以已知坐标约束解算并调整照片的位置与姿态。控制点残差反映参与平差点的拟合情况,不能单独作为成果绝对精度的依据。

控制网航拍数据的偏差[X]、偏差[Y]、偏差[Z]的绝对值建议控制在0.01 m以内。该数值为经验推荐值,不作为通用验收标准,也不表示成果已经达到1 cm绝对精度;成果精度仍需结合独立检查点评价。

控制点、检查点都要分布均匀,测区边缘要保证充足的控制点。检查点不能和控制点共用点位。

检查点(Check Point,CP)

检查点不参与空三平差。将空三解算得到的检查点坐标与独立获取的已知坐标比较,用于检查成果的绝对精度。

6.1.8 平均地面分辨率​

地面分辨率(Ground Sampling Distance,简称GSD)指影像上一个像元所对应的地面实际尺寸,与采集设备、焦距和采集距离有关,单位为m/px或cm/px。

其他条件相近时,GSD越小,同一地物占据的像元越多,有利于表达细节。若通过降低采集高度减小GSD,单张影像覆盖范围也会缩小;相同测区及重叠要求下,通常需要更多照片,处理时间也会增加。

其他条件相近时,GSD越大,同一地物占据的像元越少,可表达的细节越少。

空三报告中的平均地面分辨率(GSD),通过计算每个连接点的GSD,再取平均值得到。平均GSD不代表所有区域具有相同的地面分辨率,也不能直接作为成果绝对精度;高差较大或影像尺度差异较大时,还应注意局部采样尺寸的差异。下图为GSD的相关说明,第三部分为空三报告中GSD的计算方法。

图 62 地面分辨率(GSD)说明

图 62 地面分辨率(GSD)说明

6.2 大疆影像元数据说明​

• 大疆影像的元数据检查

大疆无人机把拍照瞬间的位置、姿态、相机内参与快门类型写进照片的可扩展元数据平台(Extensible Metadata Platform,简称 XMP)信息,用文本方式打开 .jpg 即可读到。抽样了解数据大概情况,使用什么参数空三,不必等空三跑完再看报告。

图像用文本打开,搜索xmp字段,查询大疆图像中的元数据。

图 63 大疆影像XMP元数据示例

图 63 大疆影像XMP元数据示例

XMP 字段取值与含义

表 4 大疆影像XMP字段取值与含义

字段

取值

含义

GpsStatus

GPS

非RTK定位

Invalid

GPS信号不可用或定位中断

RTK

使用RTK定位

RtkFlag

0

未成功定位

16

单点定位,米级

32~49

浮点解,分米级至米级

50

固定解,厘米级

SurveyingMode

0

不推荐用于测绘,精度无法保证

1

推荐用于测绘,照片精度有保证

DewarpFlag

0

未进行畸变校正

1

已进行畸变校正

ShutterType

Mechanical

机械快门

Electronic

电子快门

GpsStatus:RTK,RtkFlag:50,图像具备高精度POSE,位置精度厘米级,可以使用空三界面的地理位置高精度,或使用位置元数据约束。

在本文涉及的大疆无人机照片参数中,ShutterType字段为Electronic时,电子快门指滚动快门,空三时勾选滚动快门补偿。

滚动快门为什么要做补偿

空三要求每张影像对应一个确定的曝光时刻,POSE 与外方位元素都以该时刻为准。拍摄设备高速移动时,逐行曝光有 N 个曝光时刻,只能取一行作代表,其余各行都带偏差;偏差随飞行速度与机动状态变化,属系统误差,平差不能按偶然误差消化。曝光时间一定时,影像的几何变形受无人机飞行速度影响。非匀速飞行会影响纠正参数的准确性,降低补偿效果;仿地飞行中的速度和方向变化也会产生影响。

机械快门为全局曝光,整幅影像同一瞬间成像,各行对齐成竖直块,曝光时刻与 POSE 的对应关系明确;电子快门通常为滚动快门,自上而下逐行曝光,逐行错开成平行四边形。

图 64 机械快门与滚动快门曝光示意

图 64 机械快门与滚动快门曝光示意

照片的 ShutterType 字段标明所用快门:机械快门如 M3E、M3D、M4E、M4D、禅思 P1;电子快门(即滚动快门)如 M3T、M3TD、M4T、M4TD。

6.3 常见空三问题​

6.3.1 POSE错位​

发现POSE错位时,优先查找正确的POSE文件,核对照片名称与位置信息的对应关系后重新导入。可通过自由网结果的空三报告和三维视图检查POSE是否错位。

(1)查看空三报告

查看空三报告中,相机与原始POSE数据的偏移距离。下图中红色表示偏移大,绿色表示偏移小。

图 65 POSE错位时的位置偏移报告

图 65 POSE错位时的位置偏移报告

(2)查看空三三维视图

功能列表中的“Showmetadataposes”显示POSE功能,即为原始导入POSE,鼠标放置在照片三角锥上,原始POSE会高亮,按航线移动检查原始POSE是否也按航线移动,若出现原始POSE多航线跳动的情况,即为原始输入POSE有错位问题。

图 66 三维视图中的原始POSE位置

图 66 三维视图中的原始POSE位置

6.3.1.1 情况一:全部POSE错位​

红色点为原始导入的每张照片的POSE信息,深蓝色点为未入网照片,蓝色三角锥为入网照片。图中显示空三结果和原始导入的POSE结果完全不对应,实际情况为导入POSE信息时未使用照片名称对应。

图 67 全部POSE错位示例

图 67 全部POSE错位示例

解决方法:

①存在未入网影像时,可删除所有 pose 后重做自由网空三,再通过控制点进行定位并校正尺度。

②在【更多设置】中将【影像对生成】设为“穷举”,重新提交空三。若结果的位置或尺度不正确,使用控制点进行定位。

③逐一识别并删除错误的 pose,重做自由网空三,再检查结果的位置和尺度。此方式需要准确识别错误的 pose,操作较复杂。

6.3.1.2 情况二:部分POSE错位​

空三结果计算出的照片位置与输入POSE位置不一致,航飞数据有大量照片不入网。

图中红色点为原始导入的每张照片的POSE信息,蓝色点为未入网照片,紫色三角锥为入网照片。图中显示空三结果和原始导入的POSE结果完全不对应,且空三尺度异常,POSE文件中照片名称与位置对应有误。

图 68 部分POSE错位示例

图 68 部分POSE错位示例

解决方法:

全部照片的 pose 错误时,在【更多设置】中将【影像对生成】设为“穷举”,再重新提交空三,以处理错误 pose 导致的照片未入网问题。

部分架次的 pose 错误时,删除这些架次的错误位置信息后,重新提交空三。无 pose 信息的照片在匹配时使用穷举策略。

图 69 POSE错位处理相关设置图 69 POSE错位处理相关设置

图 69 POSE错位处理相关设置

①存在未入网影像时,可删除所有 pose 后重做自由网空三,再通过控制点进行定位并校正尺度。

②在【更多设置】中将【影像对生成】设为“穷举”,重新提交空三。若结果的位置或尺度不正确,使用控制点进行定位。

③逐一识别并删除错误的 pose,重做自由网空三,再检查结果的位置和尺度。此方式需要准确识别错误的 pose,操作较复杂。

注:大面积空三出现POSE错位问题时,请使用手动分块,并确保手动分块时,错误POSE均被删除。

6.3.2 相机内参​

6.3.2.1 内参不一致​

软件界面提示“相机内参不一致”,提示的照片和软件获取到的照片组内参不一致,有以下两种解决方式。

解决方式一:按照片分辨率整理照片;

解决方式二:重新导入照片时,采用地面导入方式。软件会逐张读取照片的图像信息并重新划分照片组,将内参不一致的照片分到不同照片组,从而解决照片组内相机内参不一致的问题。

6.3.2.2 焦距不一致​

重建大师中,一个照片组下的所有照片,使用一套相机内参,导入照片时按文件夹拆分照片组,在采集过程中,使用不同设备、不同焦距、照片自动旋转等情况,应人工将不同参数的照片存放在不同的文件夹下。

6.3.3 阴影变化​

航拍区域光照变化导致的阴影变化大,相邻航线分别为上午和下午分开拍摄的情况,空三大量丢片。在两个架次交接处出现某一个架次全部丢片的情况,可复制自由网空三结果,只保留下视影像,查看两个架次间接边处下视影像情况。

案例:粉红色与高亮绿色分别为两个架次。两张截图中红框内,从下往上数第十条航线处照片全部不入网。

图 70 阴影变化导致照片未入网示例(一)

图 70 阴影变化导致照片未入网示例(一)

图 71 阴影变化导致照片未入网示例(二)

图 71 阴影变化导致照片未入网示例(二)

下图为相邻原始照片,照片阴影变化太大,重叠区域在照片上的表现完全不同。

图 72 相邻照片的阴影变化对比

图 72 相邻照片的阴影变化对比

解决方法:

内业处理:将图中上下两个架次分别进行空三处理,再通过空三取点、刺控制点的方式合并两个空三结果。

外业处理:重新规划航飞并采集影像。

外业建议:

本案例中的照片未入网与采集时的光照、阴影变化有关。采集相邻架次时,尽量避免分别安排在晴天的上午和下午。

尽量选择光照稳定的时段采集,避免相邻航线或架次之间因光照和阴影变化过大影响匹配。

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