PHOTOMOD和Inpho在貴州山地環境下的正射影像處理對比研究

張磊 吳霞

（貴州省地質礦產勘查開發局測繪院 貴州省貴陽市 550018）

貴州省高原山地居多，素有“八山一水一分田”之說，且貴州氣候呈多樣性，“一山分四季，十里不同天”，降水較多，雨季明顯，陰天多，日照少，衛星、傳統航測等方式無法及時有效獲取到時空數據，無人機航攝因具有高時空分辨率，低使用成本和靈活應用性等特點，已在貴州廣泛應用于國土、測繪、林業、農業、采礦業、公用事業和能源、城市開發、國防和災害應急等各個領域[1]。但是，無人機作為遙感平臺易受到風速風向、海拔氣壓等外界條件的干擾，導致其飛行姿態不穩定，致使獲取的航片影像畸變較大、旋偏角大、重疊度不規則等，并且無人接航片數量多，后期處理數據量大，因此對后期正射影像處理的軟硬件要求較高，尤其對軟件的數據處理能力和穩定性需求嚴格[2]。貴州省具有典型的喀斯特山地地貌環境，開展無人機航測工作難度大，獲取的影像受地形影響，數據后期處理困難，影像處理軟件在此地形環境下工作的適用性有待探索。本文以貴州省內典型山地測區影像為基礎數據，分別使用Inpho 和PHOTOMOD 兩款主流的航攝軟件進行正射影像生產，從易操作性、處理時間效率、產品精度等方面進行對比分析，探討兩款軟件在山地環境下的正射影像處理適用性，為區域正射影像獲取和生產等相關工作提供案例參考。

1 Inpho和PHOTOMOD軟件系統介紹

1.1 Inpho軟件基礎情況

Inpho 攝影測量系統是著名航空攝影測量與遙感處理軟件，20世紀80年代由德國阿克曼教授建立，2007年被Trimble 公司收購，其采用先進獨特的攝影測量技術，把原始的航拍圖像和衛星圖像精確地轉換成連貫準確的點云和地表模型、正射影像和三維的特征地物，采取模塊化結構，既可以整合成完整完美的工作流程，也可以采用其中一些獨立的組件整合到空間地理信息的生產工作流中。[3]其組成模塊如表1所示。

表1：Inpho 軟件系統模塊

基于以上模塊，使用Inpho 處理正射影像基本流程如下：

（1）數據導入：相機參數、原始影像、控制點坐標參數、影像POS 坐標參數等；

（2）數字空三：連接點提取與剔除、自由網平差、像控刺點等；

（3）DSM 生成：輸出參數定義、DSM 輸出；

（4）DOM 生成：DSM 導入、參數設置、正射糾正；

（5）拼接與勻光勻色：DOM 導入、參數設置、影像拼接、勻光勻色；

（6）鑲嵌線編輯和成果輸出。

1.2 PHOTOMOD軟件基礎情況

PHOTOMOD 攝影測量系統來自俄羅斯Racurs 公司，集成了衛星影像遙感及雷達遙感、航空攝影測量、無人機航測、傾斜攝影測量、近景攝影測量等功能模塊，具有界面簡潔、集成度高、平差效率高等優勢[4]。其功能模塊如表2所示。

表2：PHOTOMOD 軟件系統模塊

使用PHOTOMOD 軟件系統處理正射影像基本流程與Inpho 攝影測量系統基本一致。

2 測區及數據

2.1 測區情況

選取測區位于貴州省畢節市納雍縣東北部，總面積為26 km2，測區海拔高度處于1180—1620 m 間，為貴州省典型山地地形；測區內植被覆蓋率較高，并有耕地和農房分布；受區域氣候影響，加之海拔較高且高程落差大，測區全年陰雨天較多，云層較低，航空攝影作業難度大。

2.2 無人機航飛影像獲取

使用CW-20 無人機作為航攝平臺獲取測區范圍的正射影像，航攝儀器使用NIKON-D810 相機，基本參數如表3所示。

表3：航攝平臺和航攝儀器基本參數

航飛正射影像獲取任務設計航高1000 m，航向重疊度75 %，旁向重疊度55 %，航攝面積為28 km2，航帶13 條，共獲取像片487 張。

3 處理流程對比

在軟件系統操作性方面，Inpho 相較PHOTOMOD 人機交互更加頻繁，自動化程度相對較低，而PHOTOMOD 界面較為簡潔，操作更加快速便捷，同時Inpho 處理過程中占用系統CPU 和內存較多，且處理后相關數據量占用的物理內存也較大，相較之PHOTOMOD的處理更加的輕量化。

在軟件系統處理效率方面，在同樣的計算機硬件配置、外界環境下，對Inpho和PHOTOMOD系統各步驟處理效率進行對比，其中，對人工干預程度較大的鑲嵌融合步驟不做對比，其他對比分析詳見表4：在畸變矯正上，Inpho 攝影測量系統進行處理前需進行影像畸變校正，對487 張原始像片進行處理花費31 min；在建立金字塔影像上，該步驟二者用時相差無幾，分別用時8 min 和10 min；在提取連接點部分，兩款軟件處理效率具有極為顯著的效率差異，其中PHOTOMOD 相較Inpho 僅用時68 min，但此步驟Inpho 耗費約204 min；在平差處理環節，二者處理效率差異較小；在生成點云部分，兩系統下差異明顯，其中PHOTOMOD 用時約398 min，Inpho 用時約240 min；單片糾正步驟下，PHOTOMOD 處理效率表現明顯更快，僅用時5 min，而Inpho 用時96 min。總體來看，PHOTOMOD 軟件系統正射影像處理效率較高，原因主要在于其自動化程度較高，人機交互較少。

表4：Inpho 和PHOTOMOD 系統處理正射影像效率對比 單位：min

在生成DOM 精度方面，在測區范圍布設25 個檢測點，詳見表5，計算得到PHOTOMOD 和Inpho 軟件系統的統計中誤差值分別為0.3181 m 和0.3186 m，二者差距較小，此外PHOTOMOD 最大點位誤差為0.918 m，Inpho 最大點位誤差為1.013 m，總體看生產成果PHOTOMOD 較高。

表5：兩種軟件檢查點與參考點對比分析表 單位：m

4 討論與結論

本文分別使用PHOTOMOD 軟件系統和Inpho 攝影測量系統對貴州典型山區環境的納雍縣一測區進行正射影像的處理，并從軟件系統操作性、軟件系統處理效率和軟件系統成圖精度等方面對二者進行對比分析。在處理效率對比中，因兩款軟件系統的人機交互程度不一，故在此過程中存在一定的人工干預誤差，測試計時在一定程度上與操作者的操作有關。在盡量控制操作者的操作步驟穩定情況下，得到結論如下：

（1）使用PHOTOMOD 和Inpho 軟件系統用于貴州山區環境正射影像生產均可完成生產任務，均具備先進的算法和嚴謹的運算模型，功能完備，可對各種航測遙感影像進行空三、平差、測圖、DEM/DSM 提取和編輯、正射糾正和鑲嵌勻色、制作專題地圖等功能，并達到一定的生產精度；

（2）對比PHOTOMOD 和Inpho 軟件系統正射影像處理效率，PHOTOMOD 相較具有更高效的生產效率，時間成本較低；

（3）依托于該測區分析，相較Inpho 軟件系統，PHOTOMOD具有更高的生產精度，結果可為山地環境的無人機航飛正射影像生產工作提供案例對比和經驗參考。