地面控制点

在处理过程中,Drone2Map 将使用图像中的 GPS 元数据、照相机数据库中的照相机参数,以及根据自动要素匹配获得的连接点来对场景的 3D 坐标进行三角化。 理想情况下,来自三角化连接点的光线会聚集在单个 3D 坐标上。 但是,三角化点的位置通常存在不确定性,称为重新投影误差。

在对点进行三角化后,光束法平差将通过使用最佳拟合解决方案调整估计的 3D 坐标来优化 3D 坐标的位置,该解决方案可最大程度降低重新投影误差,同时保持在定义的照相机参数之内。 结果将为重新构建的场景,该场景具有较强的相对精度,并且绝对精度取决于地理配准图像的精度。

估计的 3D 坐标
在处理过程中,将在每个图像中检测关键点(绿色),并将其与周围图像进行匹配以创建连接点。 这些连接点将三角化为估计的 3D 坐标(红色)。 然后,使用照相机参数将此估计的 3D 坐标重新投影到源图像(橙色)。 检测到的关键点与重新投影的点之间的距离为重新投影误差。 光束法平差过程将对估计的 3D 坐标进行平移,直到获得最佳拟合解决方案为止,该解决方案可最大程度降低所有照相机的重新投影误差。

有时,工程需要的绝对精度高于地理配准图像能够提供的精度。 要获得更高的精度,您可以向工程添加控制点。 控制点是具有已知 x、y、z 地面坐标的点,通常由地面测量获得,并用于提高工程的绝对精度。

控制点将向光束法平差过程添加位置约束,从而进一步优化最佳拟合解决方案。 需要特别注意的是,即使采用高精度控制点,光束法平差过程中的最佳拟合解决方案也必须遵循照相机参数。 在某些情况下,控制点的输出位置可能会偏离其采集位置。 正确的图像采集和控制点放置可以最大程度地减小这些差异。

影像质量

效果不佳的图像采集技术会导致误差传播,从而降低控制点的有效性。 模型的绝对精度取决于所测量控制点的精度,以及光束法平差过程最大程度地减小最佳拟合解决方案中误差的性能。 可能会在光束法平差过程中引入误差的因素包括图像之间的重叠不足、图像模糊、照明条件不一致或较差、植被等。 因此,需要从良好的图像采集技术开始,最大程度地提高工程的绝对精度。

注:

  • 最佳实践表明,控制点的精度应比最终产品的地面采样距离 (GSD) 高三倍。 但是,由于商用无人机影像的分辨率较高,因此可能难以实现该准则,从而导致产品的精度略低于控制点的精度。
  • 模型的绝对精度不能高于控制点的精度。 借助良好的图像采集技术和正确的控制点放置,通常可以确保模型的绝对精度
    1 – 3 x GSD
    (水平方向),
    1 - 4 x GSD
    (垂直方向)。

地面控制点的分布

除了正确的图像采集技术之外,工程中控制点的数量和分布在模型的最终绝对精度中也起着重要作用。

添加控制点可将光束法平差过程限制在控制点的测量位置。 在沿径向远离控制点的中心移动时,精度将开始下降。 将控制点均匀分布在整个工程的三角网络中,以减小控制点之间的距离,从而确保整个模型的一致性。 将控制点放置在一条直线上(例如,沿着道路边缘或者沿着廊道)会导致最终产品出现几何变形。

控制点在多个图像中的出现次数越多,结果越好。 建议您避免将控制点放置在工程边缘,因为在此处会减少图像重叠。 相反,应从工程的边缘向中心偏移控制点以最大化重叠。

评估图像重叠
以三角格网模式在整个工程中均匀分布控制点。 请避免将控制点放置在工程边缘,因为重叠不足将降低控制点的有效性。 在此工程中,通过“处理报表”发现了重叠不佳的区域,这可能会影响工程的绝对精度。 请添加手动连接点或其他图像以修正问题区域。

关于在工程中使用的控制点数量尚无共识。 但是,较多的控制点可以提高工程的绝对精度,而随着绝对精度收敛如下,输出量将减小:

1 - 3 x GSD
对于 Drone2Map,建议至少使用 5 到 10 个控制点。 在光束法平差过程中引入更加复杂的几何(例如茂密的植被、起伏的地形和建筑物)时,可能需要增加控制点的密度。
注:

  • 必须至少包括三个控制点,以便在处理过程中使用这些控制点。 建议至少使用 5 到 10 个控制点。
  • 将控制点放置在地面平坦的地形上,远离可能遮挡照相机视线的要素,例如植被或建筑物。
  • 可以使用调查的控制点目标以获得最佳结果。 如果这些目标不可用,则可以将影像中可识别的对象(辅助控制点)用作控制点。

处理设置

调整图像的处理过程中,从自动要素匹配获得的连接点将用于估计场景的 3D 坐标,然后将其用于光束法平差过程中以优化模型。 要最大程度地提高产品的绝对精度,必须确保构成连接点的各个关键点尽可能精确。 要最大程度地提高关键点的精度,应将连接点选项图像比例设置为 1 x(原始影像尺寸)

连接点选项

注:
  • 增大初始图像比例设置可提高产品的精度,同时也会增加处理时间。

构成连接点的关键点越多,则估计的 3D 坐标越精确。 匹配邻域设置可指定用于搜索匹配关键点的图像。 可以启用优化校正选项以最大化所生成连接点的数量

链接控制点

将控制点整合到工程中时,可通过图像链接编辑器在每个图像中手动标识控制点的位置。 在所有图像中标记控制点精确位置的努力与最终产品的绝对精度相关。 虽然这在具有多个图像和控制点的工程上可能是一项艰巨的任务,但是使用辅助链接功能可以更加快速地完成此过程。

数字化精确控制点
在左侧示例中,已在“图像链接编辑器”中对控制点进行了小规模的粗略链接以节省时间。 虽然图像链接看起来放置正确,但是在进行放大后(右侧示例)将显示图像链接距离控制点中心多个像素。 控制点链接的放置错误会降低控制点的精度。

评估模型的精度

光束法区域网平差过程会尝试将模型拟合到控制点的位置。 因此,控制点处的产品精度最高。 在沿径向从控制点向外移动时,精度将开始下降,因此使用控制点作为绝对精度的测量可以得出粗略结果。

每个地面控制点都将包括控制点管理器窗口中 x (dX)、y (dY) 和 z (dZ) 的精度值(以米为单位)。 这些值是在运行光束法区域网平差后生成的地面控制点自其初始位置的平移。 我们通常认为接近于零的值更为精确。 校正点的整体精度将通过工程处理报表中提供的投影误差值来进行衡量。 该值将以像素为单位提供初始点偏离校正点的程度的汇总。

在以重新投影误差形式对单个图像链接进行调整后,计算出类似的偏移测量值。 单击图像链接时,可以在“图像链接”窗口中找到此值。 它可以用作微调图像链接放置准确性的测量值。 远高于零的值表示图像链接放置不当或在该图像中调整难度较高,应向其移除。 理想情况是放置大量链接,因为您可能需要在运行调整后移除某些链接以实现与 GCP 的最佳匹配。

检查点可以用于验证产品的整体绝对精度。 检查点的采集方式类似于控制点,但是未包含在区域网平差过程中。 相反,在处理完成后,控制点可用于独立评估模型的精度。

注:

  • 与控制点一样,检查点同样可以分布在整个工程中。
  • 使用的检查点过少会导致结果不准确。

资源

Sanz-Ablanedo, E.; Chandler, J.H.; Rodríguez-Pérez, J.R.; Ordóñez, C. "Accuracy of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and SfM Photogrammetry Survey as a Function of the Number and Location of Ground Control Points Used." Remote Sensing. 2018, 10, 1606.