Application of Geometric Correction Method to Assist Remotely Piloted Vehicle (RPV) Airscape Image for Surveying and Analyzing

RPV has been widely used in different missions in recent years. For example, surveying on the development of city infrastructure, researching agriculture, fishery and farming, monitoring on environmental protection, highway driving, forestry management and disaster prevention like floods or mud-rock flows, are the works used by RPV. However, RPV is restricted to congenital conditions and acquiring data is used for differentiation only. In order to increase the accuracy of the images and to concern their function, some corrections are necessary. This study compares several Geometric correction models of Erdas Imagine8.4 to increase practicability of RPV's photo. The result shows that the Rubber Sheeting Method and the Polynomial Method are the two proper models used in correcting images taken by RPV. It also shows that the Non-linear Rubber Sheeting Model is more perfect, and the accuracy is raised with increasing the number of Ground Control Points. The images are successfully simulated in 3-D systems to extending the practical application of RPV. We believe that it can be effectively used to survey and analyze disaster area with increasing the quality of image.無人載具直昇機為近年來所廣泛使用之遙控飛行器，其所能擔任之任務非常多，舉凡都市發展建設之探勘、農漁牧之調查、環保監測、公路偵搜、森林經營、坡地防災監測、水土災害與海岸偵防之監控、災前監測與災後調查等。然因無人載具直昇機從事航拍作業經常受其先天條件所限，以致所獲取的資料僅能做為判釋之用，必須從事幾何校正以提高影像之精確度，方能充分發揮其功能。 為提昇無人載具直昇機航拍影像之實用性，本研究使用Erdas Imagine8.4軟體就其所有多種不同的幾何校正模組中進行比較，結果以橡皮伸張法（Rubber sheeting）及多項式法（Polynomial）兩種較適用於無人載具空拍影像之幾何校正。經研究得知非線性橡皮伸張法較適用於無人飛行載具直昇機空拍影像之校正，此法可隨控制點數的增加而提高精度。 研究中並將影像成功地套入立體模擬查詢系統，以擴展無人載具直昇機空拍影像之應用方向，除了能做為影像判釋之外，隨著未來影像品質之提昇，相信亦能有效輔助災區調查分析之工作。目 錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 目錄 Ⅲ 表目錄 Ⅴ 圖目錄 Ⅶ 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究動機 1 1-3 研究內容與目的 2 第二章 前人研究 5 2-1 無人載具發展現況 5 2-2 即時監控系統 6 2-3 地理資訊系統 7 2-4 理論基礎 8 第三章 設備與方法 14 3-1 試區概況 14 3-2 無人載具空拍設備 15 3-3 影像處理與幾何校正 18 3-3.1 影像處理 19 3-3.2 幾何校正 19 3-4 品質檢測 23 3-5 立體模擬查詢系統 23 第四章 結果與討論 30 4-1 幾何校正 30 4-1.1 第一次空拍影像 30 4-1.2 第二次空拍影像 31 4-1.3 第三次空拍影像 32 4-1.4 農林航空測量所空拍影像 33 4-1.5 航遙測方法之比較 33 4-1.6 本節結論 34 4-2 品質檢測 34 4-2.1 檢測結果 34 4-2.2 再檢測結果 35 4-2.3 本節結論 36 4-3 立體模擬查詢系統 36 4-3.1 本節結論 38 第五章 結論與建議 58 5-1 結論 58 5-2 建議 58 參考文獻 59 附錄一、無人載具空拍設備 61 附錄二、2000.05.20影像幾何校正結果 64 附錄三、2000.10.16影像幾何校正結果 68 附錄四、農航所空拍影像幾何校正結果 72 附錄五、立體查詢系統應用成果 76 表 目 錄 表3-1 參考影像之整體精度 29 表3-2 1~10階多項式所需最小控制點數目 29 表4-1 一階多項式幾何校正結果(2000.05.20) 44 表4-2 二階多項式幾何校正結果(2000.05.20) 44 表4-3 一階多項式幾何校正結果(2000.05.20) 44 表4-4 二階多項式幾何校正結果(2000.05.20) 45 表4-5 線性轉換式幾何校正結果(2000.05.20) 45 表4-6 非線性轉換式幾何校正結果(2000.05.20) 45 表4-7 線性轉換式幾何校正結果(2000.05.20) 46 表4-8 非線性轉換式幾何校正結果(2000.05.20) 46 表4-9 一階多項式幾何校正結果(2000.10.16) 46 表4-10 二階多項式幾何校正結果(2000.10.16) 47 表4-11 一階多項式幾何校正結果(2000.10.16) 47 表4-12 二階多項式幾何校正結果(2000.10.16) 47 表4-13 線性轉換式幾何校正結果(2000.10.16) 48 表4-14 非線性轉換式幾何校正結果(2000.10.16) 48 表4-15 線性轉換式幾何校正結果(2000.10.16) 48 表4-16 非線性轉換式幾何校正結果(2000.10.16) 49 表4-17 一階多項式幾何校正結果(1999.09.26) 49 表4-18 二階多項式幾何校正結果(1999.09.26) 49 表4-19 一階多項式幾何校正結果(1999.09.26) 50 表4-20 二階多項式幾何校正結果(1999.09.26) 50 表4-21 線性轉換式幾何校正結果(1999.09.26) 50 表4-22 非線性轉換式幾何校正結果(1999.09.26) 51 表4-23 線性轉換式幾何校正結果(1999.09.26) 51 表4-24 非線性轉換式幾何校正結果(1999.09.26) 51 表4-25 附圖4-1.8檢測點誤差結果 52 表4-26 附圖4-1.9檢測點誤差結果 52 表4-27 附圖4-1.11檢測點誤差結果 52 表4-28 附圖4-1.20檢測點誤差結果 52 表4-29 附圖4-1.23檢測點誤差結果 53 表4-30 附圖4-1.25檢測點誤差結果 53 表4-31 附圖4-1.26檢測點誤差結果 53 表4-32 附圖4-1.27檢測點誤差結果 53 表4-33 附圖4-1.28檢測點誤差結果 54 表4-34 附圖4-1.29檢測點誤差結果 54 表4-35 附圖4-1.11檢測點誤差結果 54 表4-36 附圖4-2.1檢測點誤差結果 55 表4-37 附圖4-2.2檢測點誤差結果 55 表4-38 附圖4-1.20檢測點誤差結果 55 表4-39 附圖4-2.3檢測點誤差結果 56 表4-40 附圖4-2.4檢測點誤差結果 56 表4-41 無人載具空拍影像萃取面積 56 表4-42 前後期無人載具空拍影像變遷面積 57 表4-43 航遙測應用之優缺點比較 57 圖 目 錄 圖1-1 研究流程圖 4 圖2-4.1 區域近似法示意圖 13 圖2-4.2 整體近似法以二階多項式模擬全區轉換示意圖 13 圖3-1.1豐丘村研究範圍 25 附圖3-2.1無人遙控直昇機（ERGO Z230R） 61 附圖3-2.2彩色數位攝影機 61 附圖3-2.3 PENTEX 645N AF單眼相機 62 附圖3-2.4空中攝影雲台 62 附圖3-2.5即時監控系統 63 圖3-3.1線性轉換示意圖 25 圖3-3.2非線性轉換示意圖 26 圖3-3.3多項式曲線 vs. GCP 26 圖3-3.4輸入地面控制點 27 圖3-3.5填充像元轉移法 27 圖3-4.1立體模擬查詢系統資料流程圖 28 圖4-1.1農航所空拍豐丘地區影像 39 圖4-1.2豐丘地區空拍現況(1999.04.10) 39 圖4-1.3豐丘地區中下游全域空拍影像(2000.05.20) 40 附圖4-1.4一階多項式配合6個地面控制點校正結果(2000.05.20) 64 附圖4-1.5二階多項式配合6個地面控制點校正結果(2000.05.20) 64 附圖4-1.6一階多項式配合13個地面控制點校正結果(2000.05.20) 65 附圖4-1.7二階多項式配合13個地面控制點校正結果(2000.05.20) 65 附圖4-1.8線性轉換式配合6個地面控制點校正結果(2000.05.20) 66 附圖4-1.9非線性轉換式配合6個地面控制點校正結果(2000.05.20) 66 附圖4-1.10線性轉換式配合13個地面控制點校正結果(2000.05.20) 67 附圖4-1.11非線性轉換式配合13個地面控制點校正結果(2000.05.20) 67 圖4-1.12豐丘地區中下游全域空拍影像(2000.10.16) 40 附圖4-1.13一階多項式配合6個地面控制點校正結果(2000.10.16) 68 附圖4-1.14二階多項式配合6個地面控制點校正結果(2000.10.16) 68 附圖4-1.15一階多項式配合13個地面控制點校正結果(2000.10.16) 69 附圖4-1.16二階多項式配合13個地面控制點校正結果(2000.10.16) 69 附圖4-1.17線性轉換式配合6個地面控制點校正結果(2000.10.16) 70 附圖4-1.18非線性轉換式配合6個地面控制點校正結果(2000.10.16) 70 附圖4-1.19線性轉換式配合13個地面控制點校正結果(2000.10.16) 71 附圖4-1.20非線性轉換式配合13個地面控制點校正結果(2000.10.16) 71 圖4-1.21農航所空拍豐丘地區影像(未校正) (1999.09.26) 41 附圖4-1.22一階多項式配合6個地面控制點校正結果(1999.09.26) 72 附圖4-1.23二階多項式配合6個地面控制點校正結果(1999.09.26) 72 附圖4-1.24一階多項式配合13個地面控制點校正結果(1999.09.26) 73 附圖4-1.25二階多項式配合13個地面控制點校正結果(1999.09.26) 73 附圖4-1.26線性轉換式配合6個地面控制點校正結果(1999.09.26) 74 附圖4-1.27非線性轉換式配合6個地面控制點校正結果(1999.09.26) 74 附圖4-1.28線性轉換式配合13個地面控制點校正結果(1999.09.26) 75 附圖4-1.29非線性轉換式配合13個地面控制點校正結果(1999.09.26) 75 圖4-2.1非線性轉換式配合16個地面控制點校正結果(2000.05.20) 41 圖4-2.2非線性轉換式配合20個地面控制點校正結果(2000.05.20) 42 圖4-2.3非線性轉換式配合16個地面控制點校正結果(2000.10.16) 42 圖4-2.4非線性轉換式配合20個地面控制點校正結果(2000.10.16) 43 附圖4-3.1 2000.05.20無人載具空拍影像萃取結果 76 附圖4-3.2 2000.10.16無人載具空拍影像萃取結果 76 附圖4-3.3變遷分析結果示意圖 77 附圖4-3.4以滑鼠劃定任意範圍面積功能(2000.05.20) 77 附圖4-3.5以滑鼠劃定任意範圍面積功能(2000.10.16) 7