劉 坦

中鐵武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 武漢 430074

Inpho、PhotoScan及Pix4D無人機(jī)正射影像處理軟件對(duì)比

劉 坦

中鐵武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 武漢 430074

Inpho、Pix4D及PhotoScan都是現(xiàn)在主流的無人機(jī)正射影像處理軟件，本文不僅介紹了每款軟件的系統(tǒng)及處理流程，并在相同數(shù)據(jù)條件下，對(duì)三款軟件的操作性、空中三角測(cè)量、DTM及DOM制作、成果精度進(jìn)行對(duì)比，分析了三種軟件各自的特點(diǎn)，為選擇正射影像制作軟件提供了借鑒。

無人機(jī)；航測(cè)；DOM；Inpho；PhotoScan；Pix4D

0 引言

無人機(jī)（UAV-RS）遙感具有低成本、靈活機(jī)動(dòng)、高時(shí)效、高分辨率等特點(diǎn)，正逐步成為主要的航空遙感技術(shù)之一。但由于其飛行姿態(tài)不穩(wěn)定且裝載非量測(cè)相機(jī)等因素，導(dǎo)致航片質(zhì)量會(huì)不如傳統(tǒng)航測(cè)，例如：航片角較大、重疊度不規(guī)則、像幅小、像片數(shù)量多、影像畸變大等[1]，因此對(duì)無人機(jī)影像處理軟件提出較高的要求，如何選擇一款合適的航測(cè)軟件成為重要課題。

1 Inpho、PhotoScan及Pix4D系統(tǒng)簡介及處理流程

1.1 Inpho

Inpho攝影測(cè)量系統(tǒng)是歐洲最著名的航空攝影測(cè)量與遙感處理軟件之一，共有以下10個(gè)模塊組成：①Applications Master（基礎(chǔ)平臺(tái)）、②Match-AT（自動(dòng)空中三角測(cè)量）、③inBlock（測(cè)區(qū)平差）、④Match-T （DSM自動(dòng)提取地形地表模塊）、⑤DTMaster（DTM/LIDAR編輯軟件）、⑥OrthoMaster（正射糾正）、⑦OrthoVista（鑲嵌拼接）、⑧SCOP++（高效管理DTM）、⑨Summit Evolution（攝影測(cè)繪立體處理工作站）⑩UASMaster（無人機(jī)模塊）[2]。

Inpho處理數(shù)據(jù)大致流程為，①導(dǎo)入數(shù)據(jù)：相機(jī)定義、導(dǎo)入影像、GPS設(shè)站坐標(biāo)、控制點(diǎn)坐標(biāo)、建立航線；②數(shù)字空三：標(biāo)定控制點(diǎn)、初匹配、自動(dòng)匹配、點(diǎn)剔除及調(diào)整匹配；③DSM生成：定義輸出參數(shù)、生成DSM；④DOM生成：引入DSM、設(shè)置參數(shù)及正射糾正；⑤拼接勻光：添加影像、設(shè)置區(qū)域、設(shè)置參數(shù)及拼接勻光；⑥鑲嵌線編輯及輸出成果。

1.2 Pix4D

Pix4Dmapper來自瑞士的Pix4D公司，是世界級(jí)研究機(jī)構(gòu)EPFL近10年的研究成果，主要是利用無人機(jī)來采集數(shù)據(jù)、航拍、測(cè)量，從而來進(jìn)行無人機(jī)數(shù)據(jù)和航空影像處理，可自動(dòng)生成影像，并且快速的生成專業(yè)的、精確的二維地圖或者是三維模型。具有以下幾個(gè)特色，①無需專業(yè)操作員、無需人為交互；②數(shù)據(jù)獲取的當(dāng)天即可得到結(jié)果；③可達(dá)到優(yōu)于5cm的精度；④自動(dòng)獲取相機(jī)參數(shù)；④自動(dòng)生成GOOGLE瓦片；⑤自動(dòng)生成帶紋理的三維模型；⑥生成正射校正鑲嵌結(jié)果。

Pix4D處理數(shù)據(jù)大致流程為：①導(dǎo)入照片（格式為JPG或者TIFF，數(shù)量可達(dá)千張）和POS數(shù)據(jù)；②導(dǎo)入控制點(diǎn)文件；③根據(jù)不同要求，填寫選項(xiàng)參數(shù)；④一“鍵”式全自動(dòng)處理（包括：空三加密、DSM及DOM生成）；⑤正射影像編輯；⑥多格式輸出（包括：正射影像圖、數(shù)字表面模型、KML、三維模型、三維點(diǎn)云、空三結(jié)果和精度報(bào)告），生成的成果能夠完美的和GIS、RS及攝影測(cè)量軟件對(duì)接。

1.3 PhotoScan

Agisoft photoscan軟件是AGISOFT公司研發(fā)的基于影像自動(dòng)生成高質(zhì)量三維模型的軟件，支持JEPG、TIFF、PNG、BMP等多種格式。其主要優(yōu)勢(shì)有：①全自動(dòng)和直觀的工作流程；②GPU高性能計(jì)算能力；③可生成高精度超精細(xì)3D模型；④網(wǎng)格計(jì)算系統(tǒng)支持超大空間范圍處理。

photoscan處理數(shù)據(jù)大致流程為：①按照拍攝順序添加照片及POS數(shù)據(jù)（如沒有可不導(dǎo)入）；②經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為投影平面坐標(biāo)；③評(píng)估照片質(zhì)量，刪除較差照片；④對(duì)齊照片；⑤添加控制點(diǎn)及比例尺；⑥創(chuàng)建密點(diǎn)云；⑦創(chuàng)建TIN模型；⑧模型紋理貼圖；⑨生成正射、正射鑲嵌編輯；⑩輸出DEM、DOM。

2 項(xiàng)目背景

2.1 測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于河南省信陽市羅山縣東北方約40km，大廣高速與淮息高速互通立交處，該處地形較平坦，交通便利，村莊建筑面積約為0.2km2，一層平頂房為主。

2.2 無人機(jī)型號(hào)及相機(jī)參數(shù)

Trimble UX5 HP差分型固定翼無人機(jī)，內(nèi)置炭纖骨架，聚丙烯機(jī)殼，帶有POSE系統(tǒng)，翼展為1米，采用彈射起飛，著落為機(jī)腹著陸。相機(jī)型號(hào)Canon EOS 5D Mark III，焦距35mm。

2.3 航片成果

飛行高度615米，航向重疊度75%，旁向重疊度70%，地面像素分辨率為0.11m，航攝面積為3.8km2，飛行時(shí)間21分鐘，航帶4條，像片數(shù)量101張。

3 實(shí)際處理流程對(duì)比

3.1 操作性對(duì)比

Inpho相比另外兩款軟件其操作步驟較多，需要調(diào)用各種模塊，并且在圖幅編輯及正射影像鑲嵌時(shí)需另外打開OrthoMaster、OrthoVista模塊；PhotoScan的操作難度基于其它兩者之間，整個(gè)操作都在一個(gè)界面完成，步驟包括：對(duì)齊照片、建立密集點(diǎn)云、生成網(wǎng)格等七步，每步都需設(shè)置參數(shù)。Pix4D最為簡單，總共三步，并且可在開始就設(shè)置好整個(gè)參數(shù)，然后一鍵操作就能出最終成果，最為簡單。

3.2 空中三角測(cè)量對(duì)比

Inpho空中三角測(cè)量使用的是Match-AT模塊，為目前最優(yōu)秀的模塊，在控制量測(cè)、POS平差、匹配能力等方面都要優(yōu)于PhotoScan及Pix4D，但在保密點(diǎn)方面稍弱。Pix4D的空三測(cè)量的能力要優(yōu)于PhotoScan，且出的空三、精度報(bào)告有具體的窗口分欄、內(nèi)容詳細(xì)。PhotoScan不是專門為正射影像制作開發(fā)的軟件，部分連接點(diǎn)的匹配精度較差，需要少量人工干預(yù)，且處理效率及匹配方面都要弱于前兩款軟件。

3.3 DTM及DOM制作對(duì)比

Inpho軟件中有專門的DTMaster、OrthoMaster及OrthoVista模塊，功能強(qiáng)大，參數(shù)的可調(diào)性強(qiáng)，并能自動(dòng)生成DTM、鑲嵌線及DOM。Pix4D的DTM濾波方式較為單一，DOM鑲嵌主要是依靠鑲嵌圖編輯器完成，均色方式較為單一，但自動(dòng)化能力強(qiáng)；PhotoScan的優(yōu)勢(shì)在于三維模型重建及紋理添加。

3.4 空中三角測(cè)量及DOM精度對(duì)比

在試驗(yàn)區(qū)域利用GPS RTK進(jìn)行精度的檢驗(yàn)，Inpho的像點(diǎn)精度為 0.25，Pix4D 為 0.37，PhotoScan為0.42，都滿足小于0.5像素的要求，結(jié)果表明，對(duì)于丘陵地區(qū)，三款軟件都能滿足1：1000地形圖的精度要求，其平面精度都基本一致，但I(xiàn)npho的高程精度要明顯優(yōu)于另兩款軟件。

4 結(jié)論與討論

本次采用Inpho、Pix4D及PhotoScan分別對(duì)相同測(cè)區(qū)無人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且從操作性、空中三角測(cè)量、DOM及DOM制作、成果精度四個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明三款軟件都能滿足1：1000成圖需要，其中Inpho的功能強(qiáng)大，參數(shù)可調(diào)性大，精度最高，但操作較復(fù)雜，適合熟練人員使用。PhotoScan的優(yōu)勢(shì)在于可生成真正射影像且附帶精細(xì)紋理，Pix4D具有操作簡單，上手快，且專門針對(duì)無人機(jī)航測(cè)開發(fā)的，價(jià)格相對(duì)便宜，適合中小型測(cè)繪單位選擇。

[1] 汪思?jí)?，朱大明，王德智，楊永?Inpho和MapMatrix在無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)處理中的對(duì)比研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016,44（11）：264-267

[2]石平，鹿荻，申勇智，楊永明.Inpho與Photomod軟件在無人機(jī)數(shù)字正射影像圖制作中的對(duì)比[J].城市勘測(cè)，2016（03）：79

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