探討基于AgisoftMetashape和天工軟件的低空無人機空三精度提高方法

朱閆霞 王立淑 陶晶

摘 ? 要：目前，由于消費級相機和無人機UAV的出現(xiàn)，使得航測入門低，數(shù)據(jù)獲取極方便，當然也帶來了一系列數(shù)據(jù)后處理的技術(shù)問題，其中空三精度的處理就是典型。本文針對低空無人機數(shù)據(jù)的空三加密流程進行了探討，從只使用常規(guī)單一攝影測量軟件進行空三處理與先使用Agisoft Metashape軟件進行空中三角測量輸出畸變改正后像片再使用常規(guī)攝影測量軟件進行空三處理的空三精度進行了對比，總結(jié)出了提高低空無人機空三精度的方法。

關(guān)鍵詞：低空無人機UAV ?Agisoft Metashape軟件 ?GodWork天工軟件 ?空三加密 ?相機自檢校 ?方法技巧

中圖分類號：P627 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）11（b）-0076-02

由于低空無人機機動靈活，對起降場地要求低，可以進行低空云下飛行，對氣象條件要求不高的優(yōu)點，使它成為傳統(tǒng)航空攝影的有力補充，并且在測繪領(lǐng)域的應用十分廣泛。但是低空無人機由于飛行平臺質(zhì)量輕，抗風能力較大型運輸飛機差，并且因受到飛機載重和飛行運維成本的制約而常常不使用飛行云臺搭載相機，導致低空無人機獲取航拍影像時姿態(tài)不穩(wěn)定，航攝像片的旋偏角、仰俯角、橫滾角、像片航向和旁向重疊度、航線彎曲度等相關(guān)姿態(tài)參數(shù)較差。低空無人機所使用的相機均為民用消費級單反相機不是專業(yè)的量測相機，導致獲取的像片畸變比較大并且畸變不穩(wěn)定。以上特點給后期空三加密保證精度提高帶來了很大難度。

目前國內(nèi)學者對低空無人機數(shù)據(jù)空三加密只使用一種攝影測量軟件進行，在實際生產(chǎn)過程中，空三精度需要耗費大量的時間，而結(jié)果有時還差強人意。本文在通過項目案例數(shù)據(jù)測驗，尋求快速提高空三精度的方法。實驗結(jié)果表明，要得到較高精度空三成果通常需要借由兩種方式：一是使用大量控制點提高精度，二是使用高精度像片POS數(shù)據(jù)和少量控制點共同提高精度。而借助于大量控制點這種方法來提高空三精度，需要增加野外的工作量，若是困難地區(qū)，更是提高了項目成本和難度，建議依據(jù)項目情況選擇性使用。而利用空三解算時加入高精度像片POS數(shù)據(jù)，僅是在內(nèi)業(yè)處理流程上，相對省時省力。而在內(nèi)業(yè)空三解算時，由于低空無人機是均為民用消費級單反相機不是專業(yè)的量測相機，導致獲取的像片畸變比較大并且畸變不穩(wěn)定，給后期空三精度解算帶來看極大的影像。

本文以我國中部地區(qū)某縣為研究區(qū)域，從只使用常規(guī)單一攝影測量軟件進行空三處理與先使用Agisoft Metashape軟件進行空中三角測量輸出畸變改正后像片再使用常規(guī)攝影測量軟件進行空三處理的空三精度進行了對比，總結(jié)出了提高低空無人機空三精度的方法。

Agisoft Metashape軟件是由成立于2006年，位于俄羅斯圣彼得堡的Agisoft LLC公司研發(fā)的一款軟件，作為一家專注于計算機視覺技術(shù)的創(chuàng)新研究公司，通過多年的密集研發(fā)工作，Agisoft LLC獲得了圖像處理算法方面的專業(yè)知識，為數(shù)字攝影測量技術(shù)為應用工具的開發(fā)指明了新方向。該軟件具有較強的自動點匹配能力、高精度的點位預測能力和非常全面的像片畸變校正能力，相機自檢校功能可對像片進行相機校正估計矩陣和包含非線性失真系數(shù)的估計等多種估計校正。對像片姿態(tài)和像片畸變改正要求低非常適合無人機數(shù)據(jù)處理。但其空三結(jié)果目前不能支持多種格式靈活輸出到立體測圖和數(shù)字正射影像制作軟件中，給后續(xù)數(shù)據(jù)處理帶來了麻煩。

GodWork天工軟件是由武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室郭丙軒教授針對無人飛機像幅小、姿態(tài)不穩(wěn)定、重疊度大、非專業(yè)相機等特點，提出并研制成功的無人機攝影測量數(shù)據(jù)自動處理系統(tǒng)。但其在像片畸變較正能力上較弱，只能根據(jù)工程內(nèi)相對匹配點較多且均勻的40張像片進行常規(guī)相機參數(shù)估計，然后將估計參數(shù)應用到整個工程。

GodWork天工的相機自檢校功能較Agisoft Metashape要差一些，尤其對于相機畸變不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，天工自檢校效果比較差，導致空三精度控制成本升高，需要借由控制點或者高精度照片POS作為額外的控制約束條件。但是天工作為一款專業(yè)攝影測量軟件，自動化水平非常高，同時支持多種格式空三成果導出供后續(xù)測繪產(chǎn)品生產(chǎn)。

鑒于上兩者系統(tǒng)的優(yōu)缺點有互補性，嘗試使用兩者結(jié)合的方式，優(yōu)化空三作業(yè)流程，提高空三精度的效率，降低人工成本。利用Agisoft Metashape先解算一遍空三，得到其高精度的像片姿態(tài)和像片畸變改參數(shù)，然后利用自動化程度較高的GodWork天工軟件，進行后續(xù)完整空三解算，輸出符合項目精度要求的空三成果，為后續(xù)3D產(chǎn)品制作提供精度保障。

1 ?Agisoft Metashape和天工軟件空三加密流程

在進行空三加密之前，需要先做好數(shù)據(jù)準備工作。數(shù)據(jù)準備包括：低空無人機獲取的原始數(shù)碼影像、相機文件、pos數(shù)據(jù)（X、Y、Z、Omega、Phi、Kappa等影像初始外方位元素）、外業(yè)像控測量成果（包括點之記和坐標成果表）。

Agisoft Metashape空三加密包含如下步驟：

建立工程：導入像片、初始相機參數(shù)輸入、POS和像控點數(shù)據(jù)導入。

對齊照片匹配連接點：在“Align Photos”中選擇匹配連接點精度（DLG立體測圖空三精度選擇High），勾選“Generic preselection”和“Reference preselection”，高級設(shè)置勾選“Adaptive camera model fitting”，點擊OK即可開始空三連接點匹配工作。

控制點量測：首先在控制點列表選中一個控制點右鍵菜單選擇“Filter Photos by Markers”，程序會自動篩選出有該控制點的所有像片，然后在“Photos”列表中依次雙擊每一張篩選預測出的照片進行像控點的量測并保存。

空三平差：選擇“Optimize Camera Alignment”，在對話框中勾選所有相機自檢?；儏?shù)類型，進行自檢校平差。

精度檢查：平差完成后，通過像控點列表查看控制點精度，對不滿足精度的控制點進行調(diào)整直至精度滿足要求為止。連接點精度通過匹配的連接點點云進行三維立體查看對于匹配錯的異常飛點進行直接刪除，連接點較稀少區(qū)域可以直接局部重新匹配連接點。也可輸出整個工程的處理報告進行精度判斷。

控制點量測、空三平差和精度檢查這3個步驟循環(huán)進行，直至滿足精度要求。

輸出畸變改正后影像：精度合格后選擇“Undistort Photos”勾選“Correct distortions”、“Center principal point ”、“Square pixels”進行即便改正片輸出工作。

2 ?Agisoft Metashape和天工軟件空三加密精度提高方法探討

低空無人機空三加密采用兩種方案：方案一是利用原始數(shù)據(jù)只使用天工軟件做空三加密;方案二是先使用Agisoft Metashape軟件做一次空三加密輸出畸變改正影像和相機自檢校參數(shù)作為原始數(shù)據(jù)再使用天工軟件進行一次空三加密。

本文用于實驗區(qū)域影像933張，控制點GCP共43個，主要地形為山地，實驗區(qū)概況見圖1。從表1可知，方案二中的控制點平面和高程誤差的平均值、最大值明顯小于方案一，高程誤差明顯減小，兩種方案誤差的最小值幾乎不變。

3 ?結(jié)語

以低空無人機數(shù)碼影像為數(shù)據(jù)源，采用先使用Agisoft Metashape軟件進行一次空三加密相機自檢校后輸出畸變改正后影像和相機自檢校文件作為天工軟件空三的原始數(shù)據(jù)進行后續(xù)天工空三加密工作的作業(yè)方式，能夠很大程度上提高空三加密精度。

參考文獻

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