第三讲 数码图像摄影测量处理
借助LPS工程管理器软件，可以运用数字相机模型及相关方法步骤进行数码图像正射校正处理。下面将通过对3幅具有重叠区的航空数码图像进行航空三角测量和正射校正，说明数码图像正射校正处理的一般过程。
3幅航空数码图像是用Kodak DCS 420数字相机获得的西班牙东南部图像，其比例尺是1：45000，图像的地面分辨率大约是0.4米，所提供的相机标定信息是相机焦距及CCD相机像元大小，每幅图像的航空GPS数据及惯性导航INS系统数据也是可以获得的，这些数据可以确定每幅图像获取时的位置及方向，即所谓外方位元素。需要说明的是，对于可获得外方位元素的情况下，地面控制点（GCPS）是不必要的，所以对于上述3张航空数据图像进行正射校正时不要地面控制点。此外，由于数字相机图像没有像片框标存在，内定向将自动进行。
3.1 数码图像正射校正处理流程
应用LPS进行数码图像正射校正处理的一般流程如图19-47所示。
图19-47 数据图像正射校正处理的一般流程
3.2 创建LPS工程文件
类似于应用LPS完成摄影图像的正射校正处理，数据图像正射校正处理也需要首先创建一个后缀为.blk的LPS工程文件（分块文件，Block File），具体步骤如下：
ERDAS图标面板工具条：单击LPS图标，打开LPS工程管理器（LPS-Project Manager）视窗。在LPS进行如下操作
（1） 单击File|New命令，打开Create a new Block File对话框（如图19-48）。
图19-48 Create a new Block File对话框
（2）在Look in 下拉列表框确定工程文件目录为：…\Imagine\Examples\OrthoBASE .
（3）在File Name文本框确定工程文件名为Digital-tour.blk。
（4）单击OK按钮，关闭Create New Block File对话框，返回Model Setup对话框（图19-49）。
图19-49 Create New Block File对话框
在Model Setup对话框中选择数码相机模型。
（1） 在Geometric Model Category下拉列表框中选择Camera.
（2） 在Geometric Model下拉列表框中选择Digital Camera几何模型（数码相机模型）.
（3） 单击OK按钮，关闭Model Setup对话框，打开Block Property Setup对话框（Block Property Setup）。（图15-50）
图19-50 Block Property Setup对话框
在Block Property Setup对话框（Reference System），定义工程文件地图投影。
（1） 在Horizontal选项区域（平面坐标系）中单击Set按钮，打开Projection Choose对话框（图19-51）。
图19-51 Projection Choose对话框
（2） 在Custom选项卡中单击Projection Type下拉列表框，选择投影类型为UTM。（3） 单击Spheroid Name下拉列表框中选择参考椭球体委WGS84。
（4） 在Datum Name下拉列表框中选择大地水准面为WGS84。
（5） 在UTM Zone微调框中设置投影分带为30。
（6） 在North Or South下拉列表框中，选择北半球为North。
（7） 单击OK按钮，关闭Projection Chooser对话框。
（8） 投影参数显示在Block Property Setup对话框。
（9） 单击Next按钮，打开Block Property Setup对话框（Set Frame Specific Information）页面（图19.52）。
图19-52 Block Property Setup对话框（Set Frame Specific Information）页面
在Block Property Setup对话框（Set Frame Specific Information），定义工程文件地图单位。（1）在Average Flying Height（meters）微调窗口中输入平均飞行高度1248.168。
（2）单击Import Exterior Orientation Parameters按钮，打开Import ASCII File Name对话框。（图19-53）
图19-53 Import ASCII File Name对话框
（3） 在Import ASCII File Name对中选择ASCII文件为airborne_GPS.dat（该文件位于\Program Files\Leica Geosystems\Geospatial Imaging 9.2\examples\orthobase\digital
目录下）
（4） 单击OK 按钮，关闭Import ASCII File Name对话框，返回Import Parameters对话框（图19-54）
（5） 在Import Parameters对话框中检查显示所设置的有关图像投影与坐标单位信息，查看有关信息是否与前面的设置相符，如果不符，可单击Set按钮重新设置。
（6） 单击OK按钮，关闭Import Parameters对话框，返回Import Option对话框（Field Definition选项卡）（图19-55）。
图19-55 Import Option对话框（Field Definition选项卡）
（4） 在File Definition选项卡中的Field Type选项组选择Delimited By Separater单选按钮。
（8）Row Terminator Character下拉列表框选择Return NewLine（DOS）选项。
（9）单击Input Preview标签，进入Input Preview选项卡（图19-56），查看工具文件中的图像信息。
图19-56 Import Option对话框（ Input Preview选项卡）
（10）单击OK按钮，关闭Import Options窗口，返回Block Property Setup对话框。（11）单击OK按钮，关闭Block Property Setup对话框。完成工程方位参数的设置，自动记录并保存存文件中各图像的X、Y、Z位置及Omega Phi Kappa方位信息。
（12）返回LPS工程管理器（创建LPS工程管理器后）（图19-57）
图19-57创建LPS工程管理器后LPS工程管理器
3.3 向LPS工程加载图像
1．图像文件在线定义
如图19-57所示，在LPS窗口中，图像列表中的Image Name列中显示了3幅图像文件，文件名依次是digcam1tif、digcam2.tif和digcam3.tif，这是在导入外方位元素时选择的airborne_GPS.dat文件决定的。不过3幅影像目前还不是在线（Online）状态，需要进行在线定义，使得每个图像文件名与其对应的图像文件相关联，具体过程如下：
在LPS工程管理器视窗中（图19-57）进行如下操作。
（1） 单击图像列表中digcam1tif文件名后的Online列。
（2） 打开Digital Camera Frame Editor窗口（图19-58）。
图19-58Digital Camera Frame Editor窗口
（3）单击Attach按钮，打开Image File Name对话框（图19-59）。
图19-59 Image File Name对话框
（4） 在Look in下拉列表框确定文件目录为：…\Program Files\Leica Geosystems\Geospatial Imaging 9.2\examples\orthobase\digital。
（5） 在Files of Type文本框选择文件类型为TIFF（*.tif）。
（6） 在File Name文本框设置图像文件名为digital.tif。
（7） 按下shift键，单击图像文件名为digita3.tif，则3幅图像都被选中。
（8） 单击OK按钮，关闭Image File Name对话框，返回Digital CameraFrame Editor窗口。
（9） 单击OK按钮，关闭Digital CameraFrame Editor窗口，返回LPS窗口,发现文件列表中Online列的颜色由红色变为绿色，Image Name列中各图像文件名前增加了文
件路径，说明在*.dat文件中确定了3幅图像都被在线定义。
2．计算图像的金字塔层
图像的金字塔层（Pyramid Layers）对于图像的显示效果和自动同名点定义非常有意义，可以按照下列过程计算工程文件中3幅图像的金字塔层。
在LPS窗口工程管理器进行如下操作。
（1） 单击Edit/Compute Pyramid Layers命令。
（2） 打开Compute Pyramid Layers对话框（图19.60）。
图19.60Compute Pyramid Layers对话框
（3） 选择All Images Without Pyramids单选按钮。
（4） 单击OK按钮，关闭Compute Pyramid Layers对话框。
（5） 启动图像金字塔计算程序，显示计算进度状态，金字塔层计算完成后，图像文件列表中Pyr列全部由原来的红色变为绿色。
3.4 定义数码相机几何模型
1．输入数码相机信息
在LPS窗口工程管理器(图19-57)，进行如下操作。
（1） 单击Edit/Frame Editor命令，打开Digital Camera Frame Editor窗口（图19-61）
图19-61 Digital Camera Frame Editor窗口（sensor选项卡）
（2） 单击New按钮，打开Camera Information对话框。打开General选项卡（图19-62）
图19-62camera Information对话框（General选项卡）
（3） 在Camera Name文本框输入相机名称为Kodak DCS 420Digital Camera。
（4） 在Description文本框输入处理描述为Project For Floodplain Mapping。
（5） 在Focal Length微调框确定相机焦距微28.00mm。
（6） 在Principal Point x0微调框输入像主点X坐标为0.0000。
（7） 在Principal Point y0微调框输入像主点X坐标为0.0000。
2.保存数码相机信息
在camera Information对话框9（图19-62）中进行如下操作。
（1） 单击Save按钮，打开Camera Parameter File Name对话框（图19-63）。
（2） 在Look in 下拉列表框中选择合适的文件保存路径。
（3） 在File Name文本框输入文件名为kodak_dcs420.cam。
（4） 单击OK按钮，关闭Camera Parameter File Name对话框，保存数码相机信息。（5） 单击OK按钮，关闭Camera Information对话框，返回Digital CameraFrame Editor 窗口，所定义的数码相机模型信息显示在Sensor选项卡（图19-64）
图19-63Camera Parameter File Name对话框
图19-64 Digital Camera Frame Editor窗口（Sensor选项卡）
3．检查其他图像的相机信息
在Digital Camera Frame Editor窗口（图19-64）中进行如下操作。
（1）单击Next按钮，显示digcam2.tif图像信息， Sensor Name变为Kodak DCS 420 Digital Camera。
（2）单击Next按钮，显示digcam3.tif图像信息， Sensor Name变为Kodak DCS 420 Digital Camera。
（5）单击Previous按钮两次，回到digcam1.tif状态（图19-64）。
4．输入图像内方位元素
在Digital Camera Frame Editor窗口（图19-64）中进行如下操作。
（1）单击Interior Orientation选项卡（图19-65）
（2）在Pixel Size In x direction微调框确定X方向的像元大小为9.0。
（3）在Pixel Size In y direction微调框确定Y方向的像元大小为9.0。
（4）单击Next按钮两次，将相同的内方位元素传递给digcam2.tif和digcam3.tif。
（5）单击Previous按钮两次，回到digcam1.tif状态（图9.74）。
图19-65Digital Camera Frame Editor窗口（Interior Orientation选项卡）
5．查阅图像外方位元素
在Digital Camera Frame Editor窗口（图19-64）中进行如下操作。
（1） 单击Exterior Information标签，进入Exterior Information选项卡。(图19-66)从Exterior Information列表中可以看出，图像digcam1.tif的外方位元素已经存在，是来自方位元素导入过程的airborne_GPS.dat文件。
（3）单击Next按钮，查看工程文件中第2幅影像digcam2.tif外方位元素。
（4）单击Next按钮，查看工程文件中第3幅影像digcam3.tif外方位元素。
（5）单击OK按钮，关闭Frame Editor对话框，返回OrthoBASE窗口。
（6）注意图像文件列表中Int列完全变绿，说明内方位元素已全都定义。
图19-66 Digital Camera Frame Editor窗口（Exterior Information选项卡）
3.5 自动采集图像同名点
通常应该是在工程文件中图像的重迭区域定义GCP，以便大概确定外方位元素参数。由于本例应用了GPS和INS数据文件信息，就没必要手工采集GCP了，而是可以直接执行自动同名点采集功能，以便建立相邻图像之间的几何关系。
在LPS窗口工程管理器(图19-57)，进行如下操作。
（1） 单击Edit/Point Measurement命令（或在工具条单击Start Point Measurement Tool图标）。打开Select Point Measurement Tool对话框（图19-67）。
（2） 选中Classic Point Measurement Tool单选按钮。
（3） 单击OK按钮，关闭Select Point Measurement Tool对话框，返回Point Measurement 窗口（图19-68）。
图19-67 Select Point Measurement Tool对话框（未定义同名点）
图19-38 Point Measurement Tool对话框（未定义同名点）
其中，左窗口显示工程文件中的第1幅图像digcam1.tif，右窗口显示工程文件中的第2幅图像digcam2.tif，利用Right View按钮还可以显示digcam2.tif。
1．自动获取图像同名点
在Point Measurement窗口公用工具组（图19-68），
（1） 单击Auto Tie Properties图标，打开Automatic Tie Point Generation Properties对话
框（图19-69）。
（2） 单击Distribution标签，进入Distribution选项卡。（图19-70）。
图19-70 Automatic Tie Point Generation Properties（Distribution选项卡）
（3）在Intended Number Of Point Per Image微调框，输入“50”（同名点数）。
（4）单击Run按钮，开始自动同名点产生过程。
（5）进程结束后，打开Automatic Tie Summary窗口(图19-71)。
图19-71 Automatic Tie Summary窗口
（6）浏览Automatic Tie Summary窗口，后单击close按钮，关闭Automatic Tie Summary窗口。
（7）同名点将显示在Point Measurement窗口的Reference CellArray和File CellArray中，每个点的Type为None，Usage为Tie；每个点只有对应的File X/Y值，而没有Reference X/Y 值（图19-72）。
图19-72 Point Measurement窗口（定义同名点之后）
2．检查图像同名点精度
在Point Measurement窗口（图19-72）中，进行如下操作。
(1)在File CellArray中单击Point#选择同名点记录，左右图像窗口将同时显示同名点位
置，查看其位置精度。
(2)通过Left View和Right View按钮来改变左右窗口中的图像，以便查看较多的同名
(3)单击Save按钮，保存自动获取的同名点；
(4)单击Close按钮，关闭Point Measurement对话框，返回到LPS工程管理器窗口。3.6 执行航空三角测量
1．通过航空三角测量获取外方位元素
在LPS窗口工程管理器(图19-57)，进行如下操作。
（1） 单击Edit/Triangulation Properties命令,打开Aerial Triangulation对话框。(图19-73)
图19-73 Aerial Triangulation对话框（General选项卡）
（2）在Maximum Iterations微调框中设置最大迭代次数为10。
（3）在Convergence Value微调框中设置迭代收敛值为0.001m。
（4）选中Computer Accuracy For Unknows复选框，计算未知点精度。
（5）在Image Coordinate Units For Report下拉列表框确定图像坐标单位为Microns。（6）单击Exterior标签，进入Exterior选项卡（图19-74）。
图19-74 Aerial Triangulation对话框（Exterior选项卡）
在Aerial Triangulation对话框的Exterior选项卡，确定外方位元素。
（1）在Type下拉列表框中确定权重类型：Same Weighted Values。
（2）在Standard Deviations选项组的6个微调框中分别确定外方位元素：
X0：2.0 Omega：0.1
Y0：2.0 Phi：0.1
Z0：2.0 Kappa：0.1
（3） 单击Advanced Options，进入Advanced Options选项卡（图19-75）。
图19-75Aerial Triangulation对话框（Advanced Options选项卡）
（1）在Blunder Checking Model下拉列表框确定错误检查模型：Advanced Robust Checking 自动识别和删除量测错误的同名点）。
（2）取消选中Use Image Observations Of Check Points In Triangulation复选框。
（3）单击Run按钮，执行航空三角测量。
（8）打开Triangulation Summary对话框（图19-76）（其中显示Total Image Unit-Weight RMS：1.1134，表明误差在1微米左右，相当于1/4个像素）。
图19-76 Triangulation Summary对话框
在Triangulation Summary对话框（图19-76），保存并接受三角测量结果：
（1）单击Report按钮，打开Triangulation Report窗口（图19-77）（其中包含了用于三角测量的同名点的编码、坐标等所有信息）。
（2）如果对结果满意，单击File/Save As命令，将报告保存为文本文件。
（3）如果还需要提供三角测量的精度，可以在Triangulation Report窗口中选择那些残差较大的点，然后返回到Point Measurement对话框，通过选择Active列的状态（无X符），使那些点不参与运算，然后再次执行三角测量。
（4）单击File/Close命令，关闭Triangulation Report窗口。
（5）返回Triangulation Summary对话框。
（6）单击Accept按钮，确认航空三角测量结果。
（7）单击Close按钮，关闭图Triangulation Summary对话框。
（8）返回Aerial Triangulation对话框。
（9）单击OK按钮，关闭Aerial Triangulation对话框，接受三角测量结果。返回LPS窗口（图19-78），注意图像文件列表CellArray中的Ext列，目前处于绿色状态，表明外方位元素获取结束。
图19-77 Triangulation Report窗口
图19-78 LPS窗口
2．检查图像同名点的图像状态
在LPS窗口工程管理器(图19-78)，进行如下操作。
（1） 单击左边工程树形结构IMAGE钱的图标“+”.
(2)选中Point Ids复选框，各同名点号显示在同名点方框下面（图9.85）。
(3)单击放大图标。
(4)在包含同名像点地方画一个方框，是包含同名像点部分得到放大。
（5）单击选择图标。
（6） 单击同名点方框，打开Point Data窗口（对话框中的数据来自Point Measurement对话框中的Reference CellArray和File CellArray，在Point Data
窗口中可以查看图像同名点的坐标、残差及其当前状态）。
（7） 单击Dismiss按钮，关闭Point Data窗口。
（8） 选择Image Space单选按钮，并在列表中选择相关图像，该图像中所有同名点都将显示出来。改变图像选择，相关的同名点的显示相应改变（图19-80）。
图19-80 LPS窗口工程管理器