劉 坦

中鐵武漢勘察設(shè)計研究院有限公司 武漢 430074

Inpho、PhotoScan及Pix4D無人機正射影像處理軟件對比

劉 坦

中鐵武漢勘察設(shè)計研究院有限公司 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，對三款軟件的操作性、空中三角測量、DTM及DOM制作、成果精度進行對比，分析了三種軟件各自的特點，為選擇正射影像制作軟件提供了借鑒。

無人機；航測；DOM；Inpho；PhotoScan；Pix4D

0 引言

無人機（UAV-RS）遙感具有低成本、靈活機動、高時效、高分辨率等特點，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)定且裝載非量測相機等因素，導致航片質(zhì)量會不如傳統(tǒng)航測，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]，因此對無人機影像處理軟件提出較高的要求，如何選擇一款合適的航測軟件成為重要課題。

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

1.1 Inpho

Inpho攝影測量系統(tǒng)是歐洲最著名的航空攝影測量與遙感處理軟件之一，共有以下10個模塊組成：①Applications Master（基礎(chǔ)平臺）、②Match-AT（自動空中三角測量）、③inBlock（測區(qū)平差）、④Match-T （DSM自動提取地形地表模塊）、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（攝影測繪立體處理工作站）⑩UASMaster（無人機模塊）[2]。

Inpho處理數(shù)據(jù)大致流程為，①導入數(shù)據(jù)：相機定義、導入影像、GPS設(shè)站坐標、控制點坐標、建立航線；②數(shù)字空三：標定控制點、初匹配、自動匹配、點剔除及調(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，是世界級研究機構(gòu)EPFL近10年的研究成果，主要是利用無人機來采集數(shù)據(jù)、航拍、測量，從而來進行無人機數(shù)據(jù)和航空影像處理，可自動生成影像，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)獲取的當天即可得到結(jié)果；③可達到優(yōu)于5cm的精度；④自動獲取相機參數(shù)；④自動生成GOOGLE瓦片；⑤自動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導入照片（格式為JPG或者TIFF，數(shù)量可達千張）和POS數(shù)據(jù)；②導入控制點文件；③根據(jù)不同要求，填寫選項參數(shù)；④一“鍵”式全自動處理（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、三維點云、空三結(jié)果和精度報告），生成的成果能夠完美的和GIS、RS及攝影測量軟件對接。

1.3 PhotoScan

Agisoft photoscan軟件是AGISOFT公司研發(fā)的基于影像自動生成高質(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)勢有：①全自動和直觀的工作流程；②GPU高性能計算能力；③可生成高精度超精細3D模型；④網(wǎng)格計算系統(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)（如沒有可不導入）；②經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為投影平面坐標；③評估照片質(zhì)量，刪除較差照片；④對齊照片；⑤添加控制點及比例尺；⑥創(chuàng)建密點云；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 項目背景

2.1 測區(qū)概況

測區(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 無人機型號及相機參數(shù)

Trimble UX5 HP差分型固定翼無人機，內(nèi)置炭纖骨架，聚丙烯機殼，帶有POSE系統(tǒng)，翼展為1米，采用彈射起飛，著落為機腹著陸。相機型號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，飛行時間21分鐘，航帶4條，像片數(shù)量101張。

3 實際處理流程對比

3.1 操作性對比

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，整個操作都在一個界面完成，步驟包括：對齊照片、建立密集點云、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 空中三角測量對比

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

3.3 DTM及DOM制作對比

Inpho軟件中有專門的DTMaster、OrthoMaster及OrthoVista模塊，功能強大，參數(shù)的可調(diào)性強，并能自動生成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，但自動化能力強；PhotoScan的優(yōu)勢在于三維模型重建及紋理添加。

3.4 空中三角測量及DOM精度對比

在試驗區(qū)域利用GPS RTK進行精度的檢驗，Inpho的像點精度為 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Inpho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分別對相同測區(qū)無人機航測數(shù)據(jù)進行處理，并且從操作性、空中三角測量、DOM及DOM制作、成果精度四個方面進行對比，結(jié)果表明三款軟件都能滿足1：1000成圖需要，其中Inpho的功能強大，參數(shù)可調(diào)性大，精度最高，但操作較復雜，適合熟練人員使用。PhotoScan的優(yōu)勢在于可生成真正射影像且附帶精細紋理，Pix4D具有操作簡單，上手快，且專門針對無人機航測開發(fā)的，價格相對便宜，適合中小型測繪單位選擇。

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

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

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