几种无人机正射影像处理软件的比较（Inpho、PixelGrid、IPS等五款软件的对比）

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摘要:为了考察几种主流软件的无人机影像处理能力，本文在同等硬件环境和相同数据的条件下，对 PixelGrid、DPGrid、PHOTOMOD、Inpho、IPS 生成正射影像图的效率和质量进行了比较，并对比较结果及各软件的特点进行了探讨。

关键词:数字正射影像图( DOM) 制作; 质量; 效率; 对比

无人机航摄相对于传统航摄具有环境适应性强、快速机动灵活的优点，在应急救灾、高分辨率影像制作领域有着广阔的应用前景。但由于飞行姿态不稳定、航片角较大、装载非专业数码相机、小像幅小基高、存在像点位移等原因，无人机影像处理对处理软件的处理能力和稳定性具有特殊的要求。

目前国内较为常用的无人机影像处理软件主要有: PixelGrid、DPGrid、PHOTOMOD、Inpho、IPS。

（本次测试版本为: Pixel-Grid4．0、DPGrid、PHOTOMOD5．3、Inpho5．7、IPS4．0）

PixelGrid 是中国测绘科学研究院研发的集航空摄影测量、无人机航测、卫星影像遥感及卫星雷达遥感等数据后处理于一体的综合应用系统，主要有如下优点:

①多核多线程的影像处理技术，可对批量影像进行畸变纠正、格式转换、旋转翻转、灰度增强等操作;

②基于 SIFT 算法的快速匹配技术，较以往的影像匹配能力有较大的提升;

③新版本重写了新的平差算法，较传统的 PATB 平差有改进。

DPGrid 是武汉大学遥感信息工程学院研发的航空摄影测量、无人机航测的综合应用平台，主要有如下优点:

①空三完成后的 DSM、DEM、DOM 可以一键式自动化完成，具有良好的互操作性，具备 DEM 与 DOM 同步编辑功能;

②各种功能可以定制;

③与现有立体测图设备及软件结合紧密。

PHOTOMOD 系列软件产品是俄罗斯 Ｒacurs 公司的集航空摄影测量、无人机航测、倾斜摄影测量、近景摄影测量、卫星影像遥感及卫星雷达遥感等数据后处理于一体的综合应用系统，主要有如下优点:

①软件界面精简，模块化集成度较高;

②支持影像畸变改正;

③平差模块效率较高。

Inpho由德国 inpho 公司推出，是欧洲最著名的航空摄影测量与遥感处理软件，可以全面系统地处理航测遥感、激光、雷达等数据，主要有如下优点:

①高精度的空三加密模块，便捷的空三分区操作;

②UASMaster模块是专门针对无人机影像处理的高效模块;

③分布式处理与多线程并发运算;

④可由 DSM 直接生成DOM。

IPS 是卡洛斯公司的推出的全数字摄影测量工作站系统，它能够快速、准确地处理航拍图像数据，主要有如下优点:

①高效率的空三加密模块，支持超大数据量的区域网平差;

②强大的匀色模块，在无参考影像的情况下能将两张差别很大的影像匀色成一致;

③一键式自动化的流程处理，即设置完工程后可以一键式得到最终的数字正射影像图。本文以相同范围内的无人机影像为对象，对软件的主要性能尤其是影像质量和处理效率进行考察。

1总体思路

测试的总体思路是采用相同的硬件平台、数据、标准对软件的执行效率、硬件利用率等进行评测。

1． 硬件平台

鉴于各软件对硬件需求不同，为保证测试效果，充分发挥当前软件的能力，保证各软件对当前主流硬件充分利用的能力，统一采用了同一个高性能硬件平台，硬件平台的具体参数见表 1。

2． 数据情况

从标准流程和应急出图两个方面考虑，测试选取 2 个数据区域: 一为广东某岛全域，用来测试常规数字正射影像生产; 另一块为汕头市应急区洪灾应急影像数据，用来测试软件的应急快速处理能力。数据区域概况见表2。

3． 对比指标

根据前期设计，测试的主要指标设计叙述如下。数据准备阶段: 主要测试数据准备的简易性，是否必须进行影像畸变改正。

空三测量阶段: 主要测试影像匹配的速度和精度，绝对定向操作的速度和精度，空三成果的精度。正射镶嵌阶段: 主要测试 DSM、DEM 的速度和精度，DOM 镶嵌成图及编辑的速度和精度

2对比流程

摄影测量的一般流程由数据准备、空三测量和正射镶嵌 3 大部分组成。其中，数据准备包括相机文件、POS 文件的编辑，影像畸变等操作。空三测量包括影像匹配、绝对定向、测量平差、成果输出等几个步骤，而影像匹配是主要的评价指标，对数据处理的精度和效率有着直接的影响。

对自动匹配生成的DSM 进行滤波操作可以得到正射纠正需要的 DEM，但是局部( 主要是居民地密集区) 仍需要交互编辑。DEM 的交互编辑关系到作业效率和成果的精度。利用 DEM 进行单张像片的正射纠正，然后进行镶嵌操作将单张像片拼接成大幅正射影像成果。

根据前期设计，主要的数据处理流程如图 1 所示。

图 1 数据处理流程示意图

依软件设计的不同，以上子过程顺序可能会不同，也可能综合处理，但总体流程是一致的。以下为几个软件的具体测试流程。

PixelGrid 和 DPGrid 两个软件在使用方法和接口方面有很多相似和互通之处，PixelGrid 则在无人机空三算法方面有着较高的效率，DPrid 则在数据后处理方面有非常好的交互性，两个软件的相互配合使用可以最大限度地提高效率，本次比较中 PixelGrid 和 DPGrid 作为一个整体进行数据测试。

具体细节如下:

①利用 PixelGrid 对航空影像数据进行匹配，内业先进行初步分区和自由网平差，并据此进行像控设计;

②按照像控设计结果，进行像控点外业选刺、观测、计算和资料整理;

③内业在自由网平差基础上，加入像片控制测量成果进行空中三角测量

的区域网平差并输出空中三角测量最终成果;

④根据空中三角测量最终成果使用 DPGrid 进行后续处理，生成并编辑 DEM、DOM。

这个版本的 PixelGrid采用的是多线程匹配，单线程空三转点，处理慢而且单区匹配片数不能过大，导致最后测试区分区过多，接边工作量太大，整体效率和色调一般。

PHOTOMOD 将数据划分为 3 个工程区域，在本测试中，将数据处理过程分为以下 5 部分:

①根据项目数据和软件特点构建 3 个测区;

②利用多线程和GPU 辅助加速对测区影像进行匹配，添加控制点，平差;

③点云提取、滤波、生成 DEM;

④利用 GPU 加速对单张航片进行正射纠正;

⑤利用 GPU 加速对影像进行拼接、匀光匀色，并划分片区出图。

这个版本的 PHOTOMOD 采用了 CPU+GPU 辅助加速的匹配方式，在空三匹配、正射纠正及镶嵌成图速度上有了较大的提高，然而这个版本 GPU 作为辅助作用未全部参与整个空三运算和后期影像的纠正，在速度上还有提升的空间。另外，该版本软件平差算法容易出现运算迭代循环，平差错误不容易剔除。

Inpho 将数据划分为一个整区，采用虚拟子区匹配、分区合并的方式，在软件匹配上成功率上有较大优势。另外 INPHO 采用的是根据影像颜色分布可以进行人工调整进行，成图效果是对比软件中效果最好的，更接近真实色彩。然而该版本 Inpho 所有模块不支持超过 16 线程运算，匹配效率不高，UAVMaster 模块单次不支持超过 6000 张影像同时处理， 每 张 影 像 不 能 超 过 4000 万 像 素， ApplicationsMaster 模块对于初始 POS 精度依赖较为明显，对于大面积低纹理水域匹配效果不佳，对于高差太大地区存在匹配效果较差等不足。

IPS 将数据划分为一个整区，利用 CPU + GPU硬件全加速对整区进行匹配。在本次对比中，空三匹配过程中最大限度利用硬件性能，成图速度也最快， 然而 IPS 在 DEM 后编辑方面存在不足，无法实现对于滤波效果不好的地区进行实时编辑，同时IPS 后处理与其他软件对接尚不够完善，有待加强。数据效率和精度统计结果的具体情况见表 3、表 4。

3分析与比较

根据工作流程，从以下几个方面对各软件进行了横向对比和评价。

1． 软件功能及流程设计对比

软件设计对航空摄影流程理解的全面性体现在软件界面上，即流程是否清晰、功能是否完备、容错能力存在与否。

2． 资源使用和处理效率对比

软件对硬件资源的利用主要体现在 CPU、内存、显卡 GPU 的利用率上，在单位时间内对其利用率越高，处理效率也越高。数据处理效率包括数据准备的效率、空三处理效率、正射镶嵌的效率( DSM /DEM、DOM 编辑等) 。

3． 测绘成果精度对比

利用实测的野外控制点对各软件制作的数字正射影像图进行检测，并统计点位中误差。

4． 成果的完整性对比

是否能够得到完整的成果，是否能输出需要的精度报告等附加文件。横向对比的结果见表 5。

4结 论

通过实际测试可以得出以下结论:

1) 从成图精度来看所有参与评测的 5 款软件

都能满足 1 ∶ 2000 正射影像成图要求，横向比较 Inpho 的匹配点位更可靠，精度及可靠性更高。

2) 从成图效率来看，IPS 总体效率最高，能够快速生成正射影像图。

3) 图面质量: Inpho＞PHOTOMOD＞IPS＞DPGrid

＞PixelGrid。

4) 成图效率: IPS＞Inpho＞PHOTOMOD ＞PixelGrid ＞DPGrid。

5) 友好易用: IPS ＞ Inpho ＞ PixelGrid ＞ PHOTOMOD＞DPGrid。

6) 资源利用: IPS＞PHOTOMOD ＞Inpho＞PixelGrid ＞DPGrid。

7) 成果交互: DPGrid ＞PixelGrid ＞Inpho ＞PHOTOMOD＞IPS。

文章转自测绘通报

作者：黎治坤，郑史芳，刘 锐，黄小川

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