34-像素工厂DOM制作的精度研究

像素工厂DOM制作的精度研究王荣宝，孙娜（辽宁省基础测绘院，辽宁锦州 121003）摘要：像素工厂是新一代的自动化影像处理系统，它与传统的生产工艺相比，具有快速、高效的优势。

本文针对生产中发现的精度损失问题，通过实验说明了产生问题的主要原因，最后简述了该问题在实际生产中的解决方法。

关键词：七参数；像素工厂；坐标转换；位置矢量变换；坐标框架旋转变换Research on the accuracy of DOM Production in Pixel FactoryWANG Rong-bao, SUN Na(The Basis Surveying and Mapping Institute of Liaoning Province, Jinzhou 121000, China) Abstract: Pixel Factory is a new generation of automated image processing system. Compared with the traditional production process, it has the advantage of fast and efficient. Aiming at the problem of accuracy loss in production, the main reason is illustrated by experiments. Finally, expound the solution in actual production.Key words: seven-parameter; Pixel Factory; coordinate transformation; Position_Vector; Coordinate_Frame0 引言2012年7月初，辽宁省基础测绘院引进了法国像素工厂影像处理系统（Pixel Factory，以下简称为PF）。

PF由Infoterra公司研发，是一套极为高效的数字地理信息影像产品处理应用软件，能够用于快速处理海量遥感影像数据，在若干个计算能力强大的节点和大容量高速存储设备的配合下，仅需少量人工干预，即可实现自动化的DOM、TDOM、DSM和DEM等产品的生产，可用于地形图测绘、城市规划和城市环境变化检测等诸多领域[1-3]。

引进后我院进行了一系列试生产作业并取得了较好的成果。

但在生产大比例尺DOM的过程中，却发现平面精度不够理想，并且存在一定的规律性，即当影像输入和输出的参考椭球发生变化时，打包输出的影像会发生整体性偏移。

经过对逐工序环节的追踪与分析后确定，在PF内部坐标转换过程中，不同的七参数模型方法将导致系统性的偏差，下面把实验过程和解决方法介绍给大家。

1实验分析1.1 七参数模型七参数坐标转换是三维空间的坐标转换。

常用的七参数转换模型包括：布尔莎模型和莫洛金斯基模型。

两种模型计算参数不同，但转换后的坐标结果基本一致。

求得的七个参数包括：3个平移参数，3个旋转参数和1个尺度变化参数。

实际求解时，需要至少3个及以上同名点才可求得七参数[4-6]。

本文仅对布尔莎模型进行介绍，其公式如下：（1）由于旋转参数和缩放参数很小，上式可写为：（2）式中，其中，、、和、、分别为待转换的坐标和转换过程中需要的同名点坐标；、、为3个平移参数，、、为3个旋转参数，为1个尺度变化参数。

计算过程中，若同名点多余3个，可用最小二乘法求解，将结果回代即可完成坐标转换。

1.2 实验概述在PF的坐标转换中，利用的就是布尔莎七参数模型，但是并没有明确采用的是何种方法。

为了找到PF中的七参数方法，我们应用ArcGIS模拟了PF生产DOM的坐标转换过程。

在ArcGIS中，对应布尔莎模型的方法有Position_Vector和Coordinate_Frame。

二者的区别是旋转参数的正负号定义标准不同。

Position_Vector是位置矢量变换，由欧洲定义，逆时针旋转为负；Coordinate_Frame 是坐标框架旋转变换，由美国和澳大利亚定义，逆时针旋转为正。

下面的实验中，将分别采用上述两种方法，进行七参数不变号、旋转参数反号和七参数全反号的坐标转换实验，具体的方法见表1。

实验所用七参数通过该区的B级GPS点求得。

表1 转换方法Tab.1 Conversion method实验方法实验内容方法一用Position_Vector方法，七参数不变号方法二用Coordinate_Frame方法，七参数不变号方法三用Position_Vector方法，七参数的3个旋转参数反号方法四用Coordinate_Frame方法，七参数的3个旋转参数反号方法五用Position_Vector方法，七参数全反号方法六用Coordinate_Frame方法，七参数全反号实验区为辽宁省朝阳地区，见图1。

此图为朝阳市行政区图，图中右下角的较大矩形框为求解七参数的已知点覆盖范围，填充晕线的小矩形框为精度验证特征点的选取范围。

图1 实验区范围示意图Fig.1 Schematic diagram of the experimentation area实验分为四部分。

1.3节说明了在PF中不进行坐标转换时，成果精度是可靠的。

1.4节用ArcGIS模拟PF坐标转换的过程，实现基于投影坐标的椭球转换，转换的方法见表1。

通过实验找到若干方法中对应PF内部应用的方法，并确定与实际坐标值最接近的一种方法。

1.5节用ArcGIS模拟PF坐标转换的过程，实现基于地理坐标的椭球转换。

用于确定精度降低是否与因地理坐标投影到平面坐标带来的误差有关。

1.6节在未改变投影的DOM上找到若干特征点，做与第二部分相同的实验，并将第二部分中确定的与实际坐标值最接近的一种方法获得的坐标值作为假定的实际坐标值，与其他方法的坐标值比较，用于验证第二部分实验的结论是否具有普遍性。

1.3 PF中同一坐标系统输入输出实验应用PF输入WGS84椭球UTM投影影像，经过处理后，直接输出WGS84椭球UTM投影DOM。

将外业采集的同坐标系统的B级点展在DOM上，查看位置精度。

图2为展点后的效果图，图中矩形框为点所在的实际像素范围，其亮点中心位置就是实际点位。

由图可明显看出，PF生产的DOM与实际的点位基本一致。

由此可以说明，不进行坐标转换的情况下，PF生产的DOM精度是可靠的。

图2 展点图Fig.2 Point diagram1.4 基于投影坐标的椭球转换实验用ArcGIS进行基于投影坐标的椭球转换，实现由WGS84椭球UTM投影到西安80椭球高斯投影的转换。

表2是将WGS84椭球UTM投影的5个B级点分别用表1中的方法求得的西安80椭球高斯投影的点坐标与实际坐标求得的距离差值。

表3是各种方法距离差值的均值、最大值和最小值统计表。

由表2和3可知，方法一与方法四的结果相同，与实际坐标值较接近，且将点坐标展在PF 生产的80椭球高斯投影的DOM上，见图3（b），与图2效果基本吻合，且PF生产DOM输入的七参数是不变号的，因而可以认定，方法一是对应PF内部进行坐标转换的方法；方法二与方法三的结果相同，与实际坐标值相差较大；方法五与方法二和方法三的结果相近，与实际坐标相差较大；方法六的结果与实际结果基本相同。

图3（a）是实际坐标展在DOM的位置图。

图3（c）是方法一得到的点坐标与实际坐标同图的位置情况，可以看出PF生产的DOM与实际情况相比，发生了三个多像素的偏移。

图4是方法六得到的点坐标与实际点坐标同图的位置情况，可知两点非常接近，在同一像素内。

综合上述情况，可得到如下结论：（1）方法一与方法四的坐标转换结果相同；（2）方法二与方法三的坐标转换结果相同；（3）PF生产的正射影像发生了几个像素的偏移；（4）方法一对应PF内部坐标转换的方法；（5）方法六的结果与实际坐标值基本一致。

表2 各种方法点坐标的距离差值单位：米Tab.2 The distance difference of point coordinate in each method Unit:m 方法一方法二方法三方法四方法五方法六1 0.6538843 237.7642941 237.7642941 0.6538843 237.1530412 0.00829882 0.7540684 237.9068968 237.9068968 0.7540684 237.1813367 0.01191473 0.6523324 237.9381896 237.9381896 0.6523324 237.2874988 0.0078384表3 各种方法点坐标距离差值的均值、最大值和最小值统计表单位：米Tab.3 The mean, maximum and minimum of distance difference in each method Unit:m 方法一方法二方法三方法四方法五方法六最大值0.7698000 238.2375537 238.2375537 0.7698000 237.4772134 0.0222441（a）（b）（c）图3 实际点坐标与方法一结果的位置比较：（a）是实际点坐标的位置；（b）是方法一结果的位置；（c）二者同图的情况，方框为一个像素Fig.3 Position comparison of the actual point coordinate and method one result, (a) is the actual point coordinate position, (b) is the result of method one, (c) is the situation of actual pointcoordinate and method one result in the same map（a）（b）图4 实际点坐标与方法六结果的位置比较，（a）是同图情况，（b）是局部放大图Fig.4 Position comparison of the actual point coordinate and method six result, (a) is the situation of actual point coordinate and method six result in the same map, (b) is the partial view1.5 基于地理坐标的椭球转换实验用ArcGIS进行基于地理坐标的椭球转换，实现由WGS84椭球到西安80椭球的转换。

表4是将WGS84椭球地理坐标的5个B级点分别用表1的方法求得的西安80椭球点坐标与实际地理坐标求得的距离差值。