摄影测量中的重投影误差是什么?

重投影误差是大多数摄影测量报告最先给出的数字,也是最常被误读的数字。它衡量解算出的相机和三维点与照片中实际看到的内容吻合得有多好。它能充分说明对齐是否健康,却无法说明地图在地面上的位置是否正确。

重投影误差如何度量

在对齐过程中,软件在多张照片中找到同一个特征,并解算每台相机的位置、镜头的畸变方式,以及这些特征在三维空间中的位置。取一个解算出的三维点,用某张照片解算出的位置和镜头把它重新投影到这张照片中,它会落在特征被检测到的位置附近,但不会正好落在上面。两者之间以像素计的距离,就是这次观测的重投影误差。

光束法平差就是调整相机、镜头参数和点,使这些距离的平方和尽可能小的步骤。报告中的数字通常是所有观测的均方根(RMS),有时还附有按相机的分解。

怎样的数值算健康

对于标定良好的相机和清晰的照片,低于大约一个像素的重投影误差通常是对齐可靠的标志,好的航空区块往往远低于此。几个像素的数值则说明有问题:错误匹配、模糊、镜头模型不佳,或者某台相机与区块的其余部分不相符。

务必结合度量时的影像比例来读这个数字。如果引擎对齐的是缩小后的照片,在该比例下测得的误差以像素计会比全分辨率下同样的误差显得更小。正因如此,Stream Capture 以全分辨率报告重投影 RMS,并同时给出连接点数量、地面采样距离和重叠度。

什么会让它升高

重复纹理上的错误匹配,例如屋瓦、作物行或铺路砖。在照片之间移动的东西:水面、风中的植被、车辆、长时间航飞中移动的阴影。运动模糊和噪声。不合适的镜头模型或错误的初始焦距。以及许多消费级相机上的卷帘快门,它让影像的每一行对应略有不同的相机位置。

为什么重投影误差低并不等于地图精度高

重投影误差是内部指标:它把模型与构建它的照片进行比较。一个区块可以与自身吻合到不足一个像素,却仍然偏离真实位置数米、比例略有偏差,或弯曲成一个浅碗。这种被称为“穹顶效应”(doming)的系统性弯曲,可能出现在近乎平行的垂直照片加上自检校镜头的情况下,而在重投影误差中几乎看不出来。

只有在地面上独立测量的点,才能告诉您地图有多准确。因此,质量报告应当把三个数字分开,绝不把其中一个当作另一个来呈现。

重投影误差、控制点 RMS 与检查点 RMS:每个数字说明了什么
指标单位说明了什么没有说明什么
重投影 RMS像素照片与解算模型彼此吻合地面上的位置、比例或高程
控制点 RMS米模型与参与平差的控制点吻合得多好其他地方的精度;它从原理上就偏乐观
检查点 RMS米解算从未使用过的实测点上的误差远离任何检查点区域的误差

如何使用它

把重投影误差当作健康检查和比较工具。在同一数据的不同运行之间比较它,看设置的改动是否有效。查找误差远高于其他相机的个别相机。如果软件允许,删除误差高的连接点并让相机重新计算。然后在真正决定精度的地方评判精度:独立检查点。

常见问题

什么是重投影误差?

解算出的三维点投影到照片上的位置,与对应特征在该照片中实际被检测到的位置之间的距离,以像素计。报告通常给出所有观测的 RMS。

多大的重投影误差算好?

对于标定良好的相机和清晰的照片,低于大约一个像素通常是对齐可靠的标志。几个像素说明有问题。请按度量时的影像比例来读这个数字。

为什么我的重投影误差很高?

常见原因包括:重复纹理上的错误匹配、移动的水面或植被、运动模糊、镜头模型不佳或初始焦距错误,以及运动相机上的卷帘快门。

重投影误差低就说明我的地图准确吗?

不是。它只说明模型与其自身照片吻合。区块仍可能存在平移、比例错误或轻微的碗状弯曲;只有独立检查点才能衡量地面上的精度。

重投影误差的单位是像素还是米?

是影像上的像素。控制点和检查点误差是地面上的米,所以它们回答的是另一个问题。

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