基于不同軟件的無(wú)人機(jī)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(xué)院，玉溪653100）

0 引言

無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展給各行各業(yè)帶來(lái)了新的項(xiàng)目實(shí)施方法，特別是測(cè)繪行業(yè)無(wú)人機(jī)（UAV），相比傳統(tǒng)測(cè)繪作業(yè)，測(cè)繪無(wú)人機(jī)不僅靈活機(jī)動(dòng)、效率高，而且逐漸成為小區(qū)域高分辨率數(shù)字影像快速獲取的重要方式。在生成數(shù)字正射影像圖方面，無(wú)人機(jī)獲取數(shù)據(jù)更簡(jiǎn)捷、更可靠、更直觀，但有時(shí)其飛行姿態(tài)受外界影響較大，不穩(wěn)定且大多裝載非量測(cè)相機(jī)，導(dǎo)致航片質(zhì)量會(huì)不如傳統(tǒng)航測(cè)，例如：航片角較大，重疊度不規(guī)則，相幅小，相片數(shù)量多影像畸變大等[1]。

1 技術(shù)路線及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.1 技術(shù)路線

本文主要采用PHANTOM 4ADVANCED 獲取礦山區(qū)域的影像數(shù)據(jù)，再分別應(yīng)用Pix4D、ContextCapture （簡(jiǎn)稱(chēng)CC）兩款軟件對(duì)該礦山的數(shù)字正射影像圖進(jìn)行生產(chǎn)，本文研究的主要技術(shù)路線圖如圖1 所示。

1.2 影像數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)處理環(huán)境

本文以玉溪市紅塔區(qū)洛河鎮(zhèn)的某處露天礦山作為研究區(qū)域，其地理坐標(biāo)大致為E102°28′，N24°24′，平均海拔1800m 左右，研究區(qū)域面積約為0.50km2，該區(qū)域地勢(shì)較為平坦，交通便利，多為裸露土質(zhì)地表，礦區(qū)內(nèi)植被較少，植被覆蓋度低。

為了獲取地方坐標(biāo)，本文在該區(qū)域共布設(shè)控制點(diǎn)6個(gè)，無(wú)人機(jī)航高為200m，航向重疊度85%，旁向重疊度80%，飛行時(shí)間約為14 分鐘，共獲取高分辨率無(wú)人機(jī)影像120 張。本次研究無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)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(tǒng)類(lèi)型為64 位操作系統(tǒng)，顯卡為NVIDIA Quadro M4000。

圖1 技術(shù)路線圖

2 數(shù)字正攝影像成圖研究

2.1 軟件可操作性對(duì)比

Pix4D 軟件的操作相對(duì)于ContextCapture 軟件較為簡(jiǎn)單，在開(kāi)始前就可以設(shè)置好整個(gè)項(xiàng)目的參數(shù)，然后就是全自動(dòng)一鍵式處理影像數(shù)據(jù)，不需要太多專(zhuān)業(yè)知識(shí)，且生產(chǎn)出的數(shù)字正射影像不需要進(jìn)行拼接。而ContextCapture 軟件操作相對(duì)復(fù)雜，步驟較多，需多次設(shè)置參數(shù)才能提交生產(chǎn)數(shù)字正射影像，而且生產(chǎn)出的影像多是以瓦片的形式保存，如需整張全區(qū)域影像還需借助其他軟件進(jìn)行影像拼接。

2.2 數(shù)字正射影像成圖對(duì)比

本文利用兩款軟件分別生產(chǎn)該礦山的數(shù)字正射影像圖，并對(duì)成圖過(guò)程中的主要參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，如表1 所示。

通過(guò)表1 中的數(shù)據(jù)，可以明顯的看出，Pix4D 軟件和ContextCapture 軟件都能生產(chǎn)出精度優(yōu)于5cm 的數(shù)字正射影像圖，但ContextCapture 軟件所生產(chǎn)的結(jié)果精度略高于Pix4D 軟件，空間分辨率也相對(duì)于Pix4D 軟件略高；而在相同影像數(shù)的情況下，Pix4D 軟件生產(chǎn)耗時(shí)只需約40 分鐘，相較于ContextCapture 軟件的90 分鐘，生產(chǎn)速度上明顯占優(yōu)。Pix4D 軟件在時(shí)間上和數(shù)據(jù)量上占優(yōu)勢(shì)，而ContextCapture軟件在影像精度和分辨率上占優(yōu)勢(shì)。圖2 和圖3 分別是這兩款軟件生產(chǎn)出的數(shù)字正射影像圖。

表1 數(shù)字正射影像生產(chǎn)對(duì)比

圖2 Pix4D 數(shù)字正射影像

圖3 ContextCapture 數(shù)字正射影像

通過(guò)對(duì)比兩款軟件生產(chǎn)出的數(shù)字正射影像圖，成圖范圍都比較完整。對(duì)于礦山這樣的空曠區(qū)域，兩款軟件的成圖效果都很好，兩款軟件明顯的區(qū)別就是影像邊緣的處理，Pix4D 軟件生產(chǎn)出的正射影像邊緣變形較為嚴(yán)重，影像邊緣出現(xiàn)了鋸齒狀，而ContextCapture 軟件生產(chǎn)的影像邊緣較為光滑。從整體來(lái)看，ContextCapture 軟件生產(chǎn)的數(shù)字正射影像比Pix4D 軟件生產(chǎn)的數(shù)字正射影像質(zhì)量要好，且影像更為全面和美觀。

2.3 數(shù)字正射影像畸變度對(duì)比

下面對(duì)兩款軟件生產(chǎn)出的數(shù)字正射影像進(jìn)行畸變對(duì)比，利用Global Mapper 軟件將兩幅影像用同等方式等分為100 份，對(duì)分割后的圖像進(jìn)行兩兩比對(duì)，人工檢查分割后發(fā)生較為明顯畸變影像的數(shù)目并計(jì)算其占比，統(tǒng)計(jì)如表2 所示。

表2 數(shù)字正射影像畸變度

從表格數(shù)據(jù)不難看出，PixD 軟件生產(chǎn)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(yán)重，現(xiàn)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(shù)字正射影像

3 結(jié)論

通過(guò)本研究，Pix4D、ContextCapture 兩款軟件在進(jìn)行無(wú)人機(jī)數(shù)處理時(shí)都無(wú)需過(guò)多的人工干預(yù)，軟件能準(zhǔn)確捕捉地理信息，生產(chǎn)出精度較高的數(shù)字正射影像。對(duì)于本研究來(lái)說(shuō)，兩款軟件都能滿足成圖要求，Pix4D 更方便、快捷、且數(shù)據(jù)量小，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，操作簡(jiǎn)單，適用于非專(zhuān)業(yè)人士，對(duì)于影像數(shù)小的情況下，生產(chǎn)用時(shí)少，效率高，但其不能進(jìn)行集群化處理。而ContextCapture 軟件操作流程相對(duì)復(fù)雜，對(duì)操作者的要求較高，在處理影像數(shù)據(jù)時(shí)可以采取集群操作，調(diào)用其他計(jì)算機(jī)的資源進(jìn)行并行處理，適用于專(zhuān)業(yè)操作人士，ContextCapture 軟件可生成多種數(shù)據(jù)格式，適用于更多的軟件，且成圖精度和效果略?xún)?yōu)于Pix4D。因此在實(shí)際的工作過(guò)程中，可以結(jié)合項(xiàng)目的影像數(shù)據(jù)和要求去選擇合適的軟件。

圖5 ContextCapture 數(shù)字正射影像