大疆智圖軟件精度驗證及成圖質量對比分析

黃 惠，麥瑜瀟

1 航空攝影測量數據處理軟件發展概況

航空攝影測量技術這幾年在我國的測繪領域得到了廣泛的應用。多種類型的航空攝影測量數據處理軟件也緊跟著陸續推出，并根據各自的特點在不同的方面得到了廣泛的應用。目前在測繪航空攝影測量領域常用的數據處理軟件有Smart3D軟件與Pix4Dmapper軟件等。Smart3D軟件是一款結合數字攝影測量、計算機圖形學等技術的全自動實景三維建模國外軟件，由于該軟件的空三算法高效，在航測領域，常用于三維實景模型制作方面的應用。Pix4Dmapper軟件為瑞士Pix4Dmapper公司自主研發的航測數據處理軟件，該軟件提供鑲嵌圖編輯器，對于正射影像的制作有較好的改善效果，在日常航測工作中常用于生成正射影像圖的制作。針對這兩款數據處理軟件在不同的方面的應用，目前國內學者做了許多相關研究。

2 大疆智圖軟件的亮點、難點

2.1 亮點1：操作簡單

大疆智圖軟件主要包括有自主航線規劃、飛行航拍功能、數字化二維正射影像與三維模型模塊。大疆智圖軟件含有實時建圖功能，在三維模塊、二維模塊的操作流程簡單，幾乎沒有多余的操作步驟，該軟件相比Smart3D軟件、Pix4Dmapper軟件更易于操作。

2.2 亮點2：數據處理速度快，成圖質量好

大疆智圖軟件的建圖航拍功能支持對影像進行實時二維、三維重建，重建清晰度可選用低、中、高三種類型進行，無論哪種類型都可以快速出圖，該軟件的二維建模與三維建模是相互獨立的，不似Smart3D軟件的二維建模是建立三維建模的基礎之上，成圖需要花費較多的時間。其二維建模采用雙線性內插或三次卷積內插法進行重采樣，能生產出影像清晰，反差適中的正射影像。二維模塊的計算方法，根據農田和城市的不同場景分別優化算法，可以有效地避免圖像扭曲變形問題，對于目標對象和測區在細節上的呈現更加精準細致。

三維建模模塊采用度不變特征變換（SIFT）特征匹配算法獲得匹配同名點，可以獲得精準的地物像點坐標，在聯合平差階段，利用多視角影像密集匹配出超高密集點云，能生產出紋理清晰的三維模型。大疆智圖軟件自帶自動合并根節點，相對于Smart3D軟件需單獨生成合并根節點，在一次空三數據處理后，會自動顯示連接點點云，并且預測控制點所在位置，空三數據的通過率更高，花費的數據處理時間更少。

2.3 難點

3 推廣應用意義

對Smart3D軟件和Pix4Dmapper軟件其工作原理及成圖質量已經有前人進行了大量的分析研究，但未針對大疆智圖軟件成圖速度和質量進行相關的對比研究。本文通過對大疆智圖軟件成圖速度和質量進行對比研究，凸顯大疆智圖軟件的優勢，為實際工作生產都具有較好的指導意義。

3.1 大疆智圖軟件生成的三維模型和正射影像精度驗證

以某一地勢平坦的小區作為研究對象。測區任務飛行面積0.8km2，飛行高度為200m，航向重疊度和旁向重疊度設為80%，傾斜攝影航飛為相機前后左右下視角分別數據采集，共拍攝照片559張。測區周邊共布設4個控制點，10個檢查點。

通過在大疆智圖軟件生成的三維模型較均勻的提取10個數值，對比提取點數值與檢測點實測值，驗證其精度（詳見表1）。同樣方法通過從正射影像中提取10個數值與檢測點實測值對比驗證其精度（詳見表2）。

表1 大疆智圖軟件生成三維模型精度檢查表

表2 大疆智圖生成正射影像精度檢查表

從表1中可以看出大疆智圖生成的模型平面坐標殘差最大約為8cm，最小在1cm左右，平面中誤差計算值為4.8cm。高程殘差最大為5cm，最小值為2cm，中誤差計算值為3.5cm。表2中可知出大疆智圖生成的模型平面坐標殘差最大小于2cm，平面中誤差計算值為1.2cm。

根據《低空數字航空攝影規范》規范，1：500檢測點精度要求為：圖上點位中誤差平地、丘陵地≤±0.12mm*50=6cm，高程中誤差不應超過基本等高距的1/10。大疆智圖軟件生成的三維模型和正射影像精度完全滿足1：500航攝規范的要求。通過本實驗驗證了大疆智圖軟件在地形測圖方面的可用性。

3.2 軟件運行速度對比及其成圖質量對比分析

通過2個實驗，對比大疆智圖軟件和Smart3D軟件生成的三維模型成圖質量；對比大疆智圖軟件和Pix4Dmapper軟件生成的正射影像成圖質量，探討其軟件運行速度和成圖質量。

實驗1：

采用精度驗證時的原始航飛數據采用大疆智圖軟件和Smart3D軟件生成三維建模；大疆智圖軟件和Pix4Dmapper軟件生成正射影像。

再如，“桌子上的蠟燭有心哩”這句本首花兒的點睛之句用擬人修辭來烘托“傷離別，夜漫長”之氛圍，故修辭異化保留，英譯成 “Even the candle won’t let you go”?！把蹨I”既是指戀人傷離別之淚，也是指蠟燭燃燒了漫長一夜之淚，故用了“her tears”。

（1）軟件運行速度對比。在同一電腦上依次進行軟件運行成圖，大疆智圖軟件完成三維建模和正射影像的時間分別為5個小時和5個小時15分，Smart3D軟件完成三維建模的時間為14個小時26分，Pix4Dmapper軟件完成正射影像的時間為8個小時。由此可知：大疆智圖軟件生成三維建模的速度快于Smart3D軟件，生成正射影像的速度快于Pix4Dmapper軟件。

（2）軟件成圖質量對比。通過大疆智圖軟件和Smart3D軟件生成的三維建模軟件成圖質量細節見圖1～圖4；大疆智圖軟件和Pix4Dmapper軟件生成的正射影像成圖質量細節見圖5～圖8。

圖1 大疆智圖軟件模型成圖（細節1）

圖2 Smart3D軟件模型成圖（細節1）

圖3 大疆智圖軟件模型成圖（細節2）

圖4 Pix4Dmapper軟件模型成圖（細節2）

圖5 大疆智圖軟件正射影像成圖（細節1）

圖8 Pix4Dmapper正射影像成圖（細節2）

從圖1～圖4可以看出，與Smart3D軟件對比，大疆智圖軟件在處理房屋邊角、花圃、路燈的細節上更優；Smart3D軟件生成的三維模型存在花圃漂浮現象，房屋邊角的規整度次于大疆智圖軟件生成的三維模型，總體上大疆智圖軟件在細節上優于Smart3D建模結果。

圖6 Pix4Dmapper正射影像成圖（細節1）

圖7 大疆智圖軟件正射影像成圖（細節2）

從圖5～8可以看出Pix4Dmapper生成的正射影像對于道路、小車、燈桿、樹木處理效果較好，而大疆智圖軟件生成的正射影像在處理房屋邊緣的細節上效果更好，Pix4Dmapper軟件生成的正射影像存在房屋拉花痕跡嚴重的現象，房屋邊緣處理稍差，有些地方存在多余陰影像素。

實例2：

進一步驗證大疆智圖軟件生成正射影像圖的優勢，實例2以某一密林山區作為研究對象，任務飛行面積2平方千米，飛行高度為400米，航向重疊度和旁向重疊度設為80%，航飛攝影為相機90度正攝，測區布設8個控制點，10個檢查點，拍照后期的數據處理分別采用大疆智圖軟件和Pix4Dmapper軟件進行處理。

（1）軟件運行速度對比。大疆智圖軟件生成的正射影像圖用時約2個半小時；Pix4Dmapper軟件單機生成的正射影像圖用時約6個小時。

由此可知，大疆智圖軟件對于生成復雜地形（如山區林地等）正射影像圖的速度明顯快于Pix4Dmapper軟件。

（2）件成圖質量對比。大疆智圖軟件和Pix4Dmapper軟件生成的正射圖質量見圖9和圖10。

圖9 大疆智圖軟件正射影像圖

圖10 Pix4Dmapper軟件正射影像圖

Pix4Dmapper軟件生成正射影像圖右下方都有缺失，分析原因，估計是由于右下方區域的山林RTK信號經常丟失，影像的位置不能正確確定，空三數據處理后，影像難以找到同名點，部分影像連接失敗，不能參與二維重建，故導致有缺失區域。而大疆智圖軟件由于自帶自動合并根節點，首次空三數據處理后，會自動顯示連接點點云，并且能準確加密同名像點，影像參與計算的成功率高，能很好的快速二維重建。對比圖9和圖10可以看出，對于山區林地這類RTK信號常丟失的區域，大疆智圖軟件自動處理得到的成圖結果更好。

綜合以上的對比研究，筆者認為大疆智圖數據處理結果能取得較高的精度，能滿足高精度1：500航測作業需要，且軟件操作簡易，數據處理快，不論對于平坦地區還是山區林地，都能得到質量較好的成圖效果。這些優勢對于突發的救災應急方面的工作將有好的輔助作用。由于該軟件也還在不斷優化，以后還會出現更多的問題有待我們去研究和解決，對該軟件的研究和探討，對我們今后的測繪工作具有實際的指導意義。