石平，鹿荻，申勇智

(貴陽市測繪院，貴州 貴陽　550002)

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Inpho與Photomod軟件在無人機數(shù)字正射影像圖制作中的對比

石平*，鹿荻，申勇智

(貴陽市測繪院，貴州 貴陽550002)

摘要：當(dāng)前利用無人機快速獲取影像數(shù)據(jù)，制作正射影像圖已成為常態(tài)，如何選擇合適的航測成圖軟件進(jìn)行生產(chǎn)成為生產(chǎn)單位考慮的問題。通過結(jié)合生產(chǎn)項目，進(jìn)行測區(qū)試驗，對常用于數(shù)字正射影像圖制作的Inpho和近年推出的Photomod軟件進(jìn)行空三解算、DTM制作及濾波、正射糾正、鑲嵌勻色等各功能的對比，分析該兩種軟件在各個處理流程下的優(yōu)缺點，為測繪生產(chǎn)單位選擇航測成圖軟件提供借鑒。

關(guān)鍵詞：無人機；數(shù)字正射影像圖；Inpho；Photomod；對比

1引言

無人機(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)遙感，即利用先進(jìn)的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)及遙感應(yīng)用技術(shù)，進(jìn)行自動化、智能化、專用化快速獲取國土、資源、環(huán)境等空間遙感信息，完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析的應(yīng)用技術(shù)。無人機遙感系統(tǒng)由于具有機動、低成本、成像分辨率高、實時對地觀測及遙感數(shù)據(jù)快速處理等優(yōu)勢，已經(jīng)成為世界各國爭相研究的熱點課題，現(xiàn)已從研究開發(fā)發(fā)展到實際應(yīng)用階段，大量應(yīng)用于各行各業(yè)，成為現(xiàn)今的主要航空遙感技術(shù)之一。在測繪領(lǐng)域，采用無人機獲取航空影像用于各類地圖生產(chǎn)及三維地理信息模型建模已成為重要的手段之一，如何選擇一款好的航測處理軟件也成為生產(chǎn)單位的重要課題。

2Inpho與Photomod軟件簡介

2.1Inpho介紹

Inpho攝影測量系統(tǒng)是由世界著名的測繪學(xué)家Fritz Ackermann教授于上個世紀(jì)80年代在德國斯圖加特創(chuàng)立，并于2007年2月加盟國際知名的Trimble導(dǎo)航有限公司。歷經(jīng)不斷生產(chǎn)實踐、創(chuàng)新發(fā)展，Inpho已成為世界領(lǐng)先的數(shù)字?jǐn)z影測量及數(shù)字地表/地形建模系統(tǒng)，其模塊化的產(chǎn)品體系使得Inpho極為方便地整合到其他工作流程中。Inpho主要包括空三加密處理模塊：Match-AT、inBlock，3D數(shù)據(jù)提?。篗atch-T、Summit Evolution，數(shù)字地形建模：DTMaster、SCOP++，正射影像生產(chǎn)：OrthoMaster、OrthoVista等模塊，還有專門針對無人機影像處理的UASMaster模塊。

2.2Photomod介紹

Photomod系列軟件產(chǎn)品是俄羅斯Racurs公司的集航空攝影測量、無人機航測、傾斜攝影測量、近景攝影測量、衛(wèi)星影像遙感及衛(wèi)星雷達(dá)遙感等數(shù)據(jù)后處理于一體的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。是國際上最早的基于PC機的成熟商業(yè)攝影測量軟件(1993年)，也是全球率先支持分布式并行運算的高效全數(shù)字?jǐn)z影測量及影像、雷達(dá)處理系統(tǒng)，同時是目前支持GPGPU(通用計算圖形處理器)技術(shù)最成熟的航攝、衛(wèi)星影像后處理軟件。主要包括系統(tǒng)啟動核心Photomod Core、全自動空三加密Photomod AT、航片/衛(wèi)片平差解算Photomod Solver、DTM/DSM自動提取及編輯Photomod DTM、自動正射糾正及鑲嵌勻色Photomod Mosaic、影像立體測圖Photomod StereoDraw、數(shù)字專題圖制作Photomod Vector、一體化二三維采編Photomod StereoVector、基于Microstation和CAD平臺立體測圖Photomod StereoLink等模塊。

3項目背景

3.1測區(qū)概況

貴陽市測繪院于2015年3月對貴陽市云巖區(qū) 132 km2范圍進(jìn)行無人機航測，攝區(qū)地理位置：北緯26°32′32″～26°41′19″，東經(jīng)106°34′34″～106°47′38″，見圖1。

該攝區(qū)西部、南部、東部地勢比較平緩，北部低山，地形以低山、丘陵為主。攝區(qū)覆蓋貴陽市大部分老城區(qū)，建筑密度大，還有部分超高層建筑。綜合以上空域條件及地形地貌條件，并結(jié)合國家氣象信息中心1971年～2010年累計年月平均值以及近些年的氣候資料統(tǒng)計，該地區(qū)實施航空攝影比較困難，屬于V類地區(qū)。

3.2無人機指標(biāo)及相機情況

此次貴陽市云巖區(qū)攝區(qū)航攝項目使用瑞士SwingLet Pro無人機系統(tǒng)，配備POS飛行管理系統(tǒng)。采用 2 100 mm無尾飛翼，尾推動力布局，Epo+局部碳纖維機身，電動單發(fā)推進(jìn)，載荷為 600 g，巡航速度為 65 km/h，續(xù)航時間為 70 min，起降方式為全自動彈射起飛，傘降回收。相機采用SONY NEX7成像系統(tǒng)，具備較高幾何精度和成像性能，能夠連續(xù)成像并高速存儲大量數(shù)字航攝影像。其相機主距為 18 mm，像幅尺寸為 6 000×4 000像素，像素尺寸為 6 μm。

3.3航片成果

本次航攝共拍攝航片8 961張，攝區(qū)航線圖如圖2所示：

本次航攝在能見度大于2千米，云高滿足攝影要求的情況下合理選擇曝光量，攝區(qū)位于北緯26°的中緯度地區(qū)，航攝太陽高度角大于30°，滿足規(guī)范要求，且采用定時自動曝光控制技術(shù)，使得航向重疊度達(dá)到75%，旁向重疊度達(dá)到50%，航向超出攝區(qū)邊界不少于兩條基線，旁向覆蓋超出攝區(qū)邊界大于50%像幅。

4Inpho與Photomod對比

4.1硬件配置情況及比較區(qū)域情況

本次影像處理采用的計算機配備4核Intel Xeon CPU E3-1231 v3@3.4 GHz，邏輯處理器為8線程，內(nèi)存為 8 G。本次測試選擇了云巖區(qū)某一測區(qū)分別采用Inpho和Photomod軟件進(jìn)行處理，生成正射影像。該測區(qū)共計273張航片，總數(shù)據(jù)量為 1.71 G。該測區(qū)(紅色線表示)如圖3所示：

4.2空三處理功能比較

在進(jìn)行空三處理前，Inpho和Photomod軟件均需進(jìn)行自動連接點量測，即加密點的采集，采集完成后需要對自動生成的加密點進(jìn)行采集精度檢查。經(jīng)測試，Inpho軟件基本無需手工加點，對于山地、沙漠等弱紋理區(qū)域匹配精度較高，且生成的加密點數(shù)量較多。Photomod軟件生成加密點在城市地區(qū)紋理較容易識別的地區(qū)也存在加密點間誤差較大，需要手工加點的情況，且加密點數(shù)量與Inpho軟件相比較少。

4.3DTM制作及濾波功能比較

DTM即數(shù)字地面模型，Inpho和Photomod軟件均可以實現(xiàn)DTM的全自動化生成，無需人工干預(yù)。在濾波方面，二者均可以采用手動及自動模式對DTM進(jìn)行濾波，采用自動模式進(jìn)行濾波時，Inpho軟件具有專門的濾波模塊SCOP++點云分類濾波，能夠很好地去除地表建筑物及植被信息從而獲取測區(qū)范圍DEM成果。Photomod軟件的濾波功能較Inpho軟件相比控制參數(shù)少，模式較為單一。濾波參數(shù)設(shè)置如圖4、5所示：

此外，Inpho軟件還可以使用DTMAster模塊進(jìn)行DTM的立體編輯，通過查看由DTM/DSM點云插值而成的等高線，Z值彩色曲面圖，地貌暈渲圖，批量進(jìn)行地形置平，地形內(nèi)插和空隙填平，可在立體三維下進(jìn)行特征點、特征線采集，實現(xiàn)精細(xì)化DEM編輯。

4.4正射糾正功能比較

Inpho和Photomod軟件均可將多種航空相機和衛(wèi)星遙感傳感器類型數(shù)據(jù)的空三成果和DEM成果導(dǎo)入進(jìn)行正射校正，從而將中心投影的影像糾正為正射投影的正射影像。

4.5像片鑲嵌勻色功能比較

Inpho和Photomod軟件鑲嵌時均能自動繞開大量房屋建筑物，減少人工編輯拼接線的工作量，分幅輸出拼接成果以及以任意大小數(shù)據(jù)寫入一個bigtiff文件。

在勻色方面，與Photomod軟件相比，Inpho軟件OrthoVista模塊可以實現(xiàn)對單張影像進(jìn)行調(diào)色，通過更改某張或某區(qū)域影像的灰度來實時直觀地對比影像色調(diào)是否協(xié)調(diào)，勻色方式較Photomod軟件更為靈活。如圖6所示：

圖6Inpho軟件OrthoVista正射影像鑲嵌勻色模塊

4.6DOM生成效果及耗時比較

通過分別采用Inpho和Photomod軟件進(jìn)行正射影像制作，采用同一臺計算機處理測試測區(qū)，正射影像DOM的制作均達(dá)到了良好的效果。各處理階段耗時如表1所示：

從表1看出，在正射影像拼接效果相同的情況下，Inpho軟件的生產(chǎn)效率要明顯高于Photomod軟件。

4.7軟件其他功能比較

在支持傳感器方面，Inpho和Photomod均可支持各種框幅式相機、數(shù)字CCD相機、自定義相機、推掃式相機以及衛(wèi)星傳感器獲取的影像數(shù)據(jù)的處理，但Photomod軟件在數(shù)據(jù)處理前還需進(jìn)行影像格式轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為Photomod軟件自身的格式，便于快速處理。

在相機參數(shù)檢校方面，由于某些相機未能及時檢校或考慮到無人機飛行降落時的不穩(wěn)定性，相機參數(shù)很有可能不準(zhǔn)確，需要重新計算相機參數(shù)。Inpho軟件可以在測區(qū)平差中自動計算新的相機參數(shù)并且自動運用新相機參數(shù)；而Photomod軟件需要首先選取測區(qū)中的一部分航片做完一遍空三后反推得到相機參數(shù)，再將新的相機參數(shù)運用于整個區(qū)域重新進(jìn)行空三處理。若某測區(qū)包含多個架次，則每個架次可能都需要分別計算新的相機參數(shù)，人工干預(yù)及耗時較Inpho軟件多。

4.8軟件綜合對比

綜合Inpho和Photomod軟件的功能及表現(xiàn)，二者對比如表2所示：

生成的最終正射影像成果分別如圖7、8所示：

從最終正射影像質(zhì)量上看，Inpho和Photomod軟件所生成的拼接線均能自動繞開大量建筑物，但仍存在少量需要手動編輯拼接線的情況，因此，若要得到合格的正射影像產(chǎn)品，該兩種軟件都需少量的人工編輯拼接線工作。此外，Inpho和Photomod軟件所生成的正射影像在高架橋、高架路及高層建筑物上均存在少量的拉花、扭曲現(xiàn)象，但通過Inpho軟件生成的正射影像像片邊緣變形較Photomod軟件小，全圖勻色效果也較好?？傮w而言，Inpho和Photomod軟件所生成的正射影像質(zhì)量均能滿足生產(chǎn)要求。

5結(jié)語

本文采用Inpho和Photomod軟件對測試測區(qū)進(jìn)行正射影像制作試驗，分別在空三處理、DTM制作及濾波、正射糾正、像片鑲嵌勻色、DOM生成效果及耗時、傳感器支持、相機參數(shù)檢校等方面進(jìn)行了對比與分析，實驗結(jié)果表明，二者在生成DOM效果方面大致相同，但I(xiàn)npho軟件匹配連接點效率更高，濾波、勻色模塊較Photomod軟件更為豐富，具有更少的人工干預(yù)及更高效的處理能力。Photomod軟件各項功能集合為一個整體，功能較為完善，價格相對較低，性價比合理，適用于對價格敏感的中小測繪單位選擇。

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Comparison Between Inpho and Photomod Used to Generate Digital Orthophoto Maps from Images of UAV

Shi Ping，Lu Di，Shen Yongzhi

(Guiyang Institute of Surveying and Mapping，Guiyang 550002，China)

Key words：UAV；DOM；inpho；photomod；comparison

Abstract：Nowadays，the use of unmanned aerial vehicles to fast acquire image data to generate digital orthophoto maps has become common. The selection of an approperiate softawre for the orthophoto maps generation needs to be considered for a company. In this paper，Inpho and Photomod which are commonly used to generate digital orthophoto maps are tested by a project and compared through aerial triangulation algorithm，DTM generation and filtering，ortho-rectification，and mosaic functions，and the advantages and disadvantages of each processing precedure are also analysed. The comparison result provides a valuable reference for the selection of the software for surveying and mapping companies.

文章編號：1672-8262(2016)03-79-05

中圖分類號：P231

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

*收稿日期：2016—03—14

作者簡介：石平(1964—)，男，高級工程師，注冊測繪師，主要從事工程測量、城市測量等方面的測繪技術(shù)管理工作。