基于不同软件的无人机矿山影像处理研究

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

（玉溪师范学院，玉溪653100）

0 引言

无人机技术的发展给各行各业带来了新的项目实施方法，特别是测绘行业无人机（UAV），相比传统测绘作业，测绘无人机不仅灵活机动、效率高，而且逐渐成为小区域高分辨率数字影像快速获取的重要方式。在生成数字正射影像图方面，无人机获取数据更简捷、更可靠、更直观，但有时其飞行姿态受外界影响较大，不稳定且大多装载非量测相机，导致航片质量会不如传统航测，例如：航片角较大，重叠度不规则，相幅小，相片数量多影像畸变大等[1]。

1 技术路线及数据准备

1.1 技术路线

本文主要采用PHANTOM 4ADVANCED 获取矿山区域的影像数据，再分别应用Pix4D、ContextCapture （简称CC）两款软件对该矿山的数字正射影像图进行生产，本文研究的主要技术路线图如图1 所示。

1.2 影像数据获取及数据处理环境

本文以玉溪市红塔区洛河镇的某处露天矿山作为研究区域，其地理坐标大致为E102°28′，N24°24′，平均海拔1800m 左右，研究区域面积约为0.50km2，该区域地势较为平坦，交通便利，多为裸露土质地表，矿区内植被较少，植被覆盖度低。

为了获取地方坐标，本文在该区域共布设控制点6个，无人机航高为200m，航向重叠度85%，旁向重叠度80%，飞行时间约为14 分钟，共获取高分辨率无人机影像120 张。本次研究无人机数据处理使用的是戴尔工作站：lntel（R）Xeon（R）Silver 4110 CPU @ 2.10GHz 2.10 GHz（2处理器），RAM 为32GB，系统类型为64 位操作系统，显卡为NVIDIA Quadro M4000。

图1 技术路线图

2 数字正摄影像成图研究

2.1 软件可操作性对比

Pix4D 软件的操作相对于ContextCapture 软件较为简单，在开始前就可以设置好整个项目的参数，然后就是全自动一键式处理影像数据，不需要太多专业知识，且生产出的数字正射影像不需要进行拼接。而ContextCapture 软件操作相对复杂，步骤较多，需多次设置参数才能提交生产数字正射影像，而且生产出的影像多是以瓦片的形式保存，如需整张全区域影像还需借助其他软件进行影像拼接。

2.2 数字正射影像成图对比

本文利用两款软件分别生产该矿山的数字正射影像图，并对成图过程中的主要参数指标进行对比，如表1 所示。

通过表1 中的数据，可以明显的看出，Pix4D 软件和ContextCapture 软件都能生产出精度优于5cm 的数字正射影像图，但ContextCapture 软件所生产的结果精度略高于Pix4D 软件，空间分辨率也相对于Pix4D 软件略高；而在相同影像数的情况下，Pix4D 软件生产耗时只需约40 分钟，相较于ContextCapture 软件的90 分钟，生产速度上明显占优。Pix4D 软件在时间上和数据量上占优势，而ContextCapture软件在影像精度和分辨率上占优势。图2 和图3 分别是这两款软件生产出的数字正射影像图。

表1 数字正射影像生产对比

图2 Pix4D 数字正射影像

图3 ContextCapture 数字正射影像

通过对比两款软件生产出的数字正射影像图，成图范围都比较完整。对于矿山这样的空旷区域，两款软件的成图效果都很好，两款软件明显的区别就是影像边缘的处理，Pix4D 软件生产出的正射影像边缘变形较为严重，影像边缘出现了锯齿状，而ContextCapture 软件生产的影像边缘较为光滑。从整体来看，ContextCapture 软件生产的数字正射影像比Pix4D 软件生产的数字正射影像质量要好，且影像更为全面和美观。

2.3 数字正射影像畸变度对比

下面对两款软件生产出的数字正射影像进行畸变对比，利用Global Mapper 软件将两幅影像用同等方式等分为100 份，对分割后的图像进行两两比对，人工检查分割后发生较为明显畸变影像的数目并计算其占比，统计如表2 所示。

表2 数字正射影像畸变度

从表格数据不难看出，PixD 软件生产出的影像畸变程度明显比ContextCapture 软件的多，且有的局部影像变形较为严重，现选取畸变较为明显的相同位置的图片，如图4 和图5 所示。

图4 Pix4D 数字正射影像

3 结论

通过本研究，Pix4D、ContextCapture 两款软件在进行无人机数处理时都无需过多的人工干预，软件能准确捕捉地理信息，生产出精度较高的数字正射影像。对于本研究来说，两款软件都能满足成图要求，Pix4D 更方便、快捷、且数据量小，在处理数据时，操作简单，适用于非专业人士，对于影像数小的情况下，生产用时少，效率高，但其不能进行集群化处理。而ContextCapture 软件操作流程相对复杂，对操作者的要求较高，在处理影像数据时可以采取集群操作，调用其他计算机的资源进行并行处理，适用于专业操作人士，ContextCapture 软件可生成多种数据格式，适用于更多的软件，且成图精度和效果略优于Pix4D。因此在实际的工作过程中，可以结合项目的影像数据和要求去选择合适的软件。

图5 ContextCapture 数字正射影像