基于不同軟件的無人機礦山影像處理研究

向立坤XIANG Li-kun；王濤WANG Tao；李新玲LI Xin-ling

（玉溪師范學院，玉溪653100）

0 引言

無人機技術的發展給各行各業帶來了新的項目實施方法，特別是測繪行業無人機（UAV），相比傳統測繪作業，測繪無人機不僅靈活機動、效率高，而且逐漸成為小區域高分辨率數字影像快速獲取的重要方式。在生成數字正射影像圖方面，無人機獲取數據更簡捷、更可靠、更直觀，但有時其飛行姿態受外界影響較大，不穩定且大多裝載非量測相機，導致航片質量會不如傳統航測，例如：航片角較大，重疊度不規則，相幅小，相片數量多影像畸變大等[1]。

1 技術路線及數據準備

1.1 技術路線

本文主要采用PHANTOM 4ADVANCED 獲取礦山區域的影像數據，再分別應用Pix4D、ContextCapture （簡稱CC）兩款軟件對該礦山的數字正射影像圖進行生產，本文研究的主要技術路線圖如圖1 所示。

1.2 影像數據獲取及數據處理環境

本文以玉溪市紅塔區洛河鎮的某處露天礦山作為研究區域，其地理坐標大致為E102°28′，N24°24′，平均海拔1800m 左右，研究區域面積約為0.50km2，該區域地勢較為平坦，交通便利，多為裸露土質地表，礦區內植被較少，植被覆蓋度低。

為了獲取地方坐標，本文在該區域共布設控制點6個，無人機航高為200m，航向重疊度85%，旁向重疊度80%，飛行時間約為14 分鐘，共獲取高分辨率無人機影像120 張。本次研究無人機數據處理使用的是戴爾工作站：lntel（R）Xeon（R）Silver 4110 CPU @ 2.10GHz 2.10 GHz（2處理器），RAM 為32GB，系統類型為64 位操作系統，顯卡為NVIDIA Quadro M4000。

圖1 技術路線圖

2 數字正攝影像成圖研究

2.1 軟件可操作性對比

Pix4D 軟件的操作相對于ContextCapture 軟件較為簡單，在開始前就可以設置好整個項目的參數，然后就是全自動一鍵式處理影像數據，不需要太多專業知識，且生產出的數字正射影像不需要進行拼接。而ContextCapture 軟件操作相對復雜，步驟較多，需多次設置參數才能提交生產數字正射影像，而且生產出的影像多是以瓦片的形式保存，如需整張全區域影像還需借助其他軟件進行影像拼接。

2.2 數字正射影像成圖對比

本文利用兩款軟件分別生產該礦山的數字正射影像圖，并對成圖過程中的主要參數指標進行對比，如表1 所示。

通過表1 中的數據，可以明顯的看出，Pix4D 軟件和ContextCapture 軟件都能生產出精度優于5cm 的數字正射影像圖，但ContextCapture 軟件所生產的結果精度略高于Pix4D 軟件，空間分辨率也相對于Pix4D 軟件略高；而在相同影像數的情況下，Pix4D 軟件生產耗時只需約40 分鐘，相較于ContextCapture 軟件的90 分鐘，生產速度上明顯占優。Pix4D 軟件在時間上和數據量上占優勢，而ContextCapture軟件在影像精度和分辨率上占優勢。圖2 和圖3 分別是這兩款軟件生產出的數字正射影像圖。

表1 數字正射影像生產對比

圖2 Pix4D 數字正射影像

圖3 ContextCapture 數字正射影像

通過對比兩款軟件生產出的數字正射影像圖，成圖范圍都比較完整。對于礦山這樣的空曠區域，兩款軟件的成圖效果都很好，兩款軟件明顯的區別就是影像邊緣的處理，Pix4D 軟件生產出的正射影像邊緣變形較為嚴重，影像邊緣出現了鋸齒狀，而ContextCapture 軟件生產的影像邊緣較為光滑。從整體來看，ContextCapture 軟件生產的數字正射影像比Pix4D 軟件生產的數字正射影像質量要好，且影像更為全面和美觀。

2.3 數字正射影像畸變度對比

下面對兩款軟件生產出的數字正射影像進行畸變對比，利用Global Mapper 軟件將兩幅影像用同等方式等分為100 份，對分割后的圖像進行兩兩比對，人工檢查分割后發生較為明顯畸變影像的數目并計算其占比，統計如表2 所示。

表2 數字正射影像畸變度

從表格數據不難看出，PixD 軟件生產出的影像畸變程度明顯比ContextCapture 軟件的多，且有的局部影像變形較為嚴重，現選取畸變較為明顯的相同位置的圖片，如圖4 和圖5 所示。

圖4 Pix4D 數字正射影像

3 結論

通過本研究，Pix4D、ContextCapture 兩款軟件在進行無人機數處理時都無需過多的人工干預，軟件能準確捕捉地理信息，生產出精度較高的數字正射影像。對于本研究來說，兩款軟件都能滿足成圖要求，Pix4D 更方便、快捷、且數據量小，在處理數據時，操作簡單，適用于非專業人士，對于影像數小的情況下，生產用時少，效率高，但其不能進行集群化處理。而ContextCapture 軟件操作流程相對復雜，對操作者的要求較高，在處理影像數據時可以采取集群操作，調用其他計算機的資源進行并行處理，適用于專業操作人士，ContextCapture 軟件可生成多種數據格式，適用于更多的軟件，且成圖精度和效果略優于Pix4D。因此在實際的工作過程中，可以結合項目的影像數據和要求去選擇合適的軟件。

圖5 ContextCapture 數字正射影像