赵　杰　张聪聪

(1.山西省地震局，山西 太原　030021；2.山西省地震局临汾中心地震台，山西 临汾　041000；3.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原　030025)



无人机航空摄影测量影像数据快速处理方法

赵杰1,3张聪聪2,3

(1.山西省地震局，山西 太原030021；2.山西省地震局临汾中心地震台，山西 临汾041000；3.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原030025)

根据航空摄影测量影像数据处理的实践经验，从影像拼接、生成密集点云、构建DEM和DOM、成果导出等方面，介绍了利用Agisoft PhotoScan软件对无人机航摄影像进行快速处理的方法，指出该方法具有高效、便捷、自动化程度高等优点，应用前景广阔。

无人机航摄，影像处理，PhotoScan，DEM

利用无人机作为摄影平台，搭载CCD相机作为影像数据获取工具，形成无人机低空遥感系统是近年来航空摄影测量及遥感技术发展的热点方向。无人机航测具有机动灵活、易用性好、成本低、效率高、低空作业获取的影像分辨率高等特点，在应急数据获取和小区域测绘等方面有独特的优势[1]。无人机飞行姿态不稳定，易受天气、地形等的影响，其获得的影像畸变复杂、旋偏角大，采用传统的航空摄影测量软件对无人机影像数据进行后期处理时作业周期太长，且对飞行控制、航线敷设、航片质量有严格的规定。随着无相控航空摄影测量理论的成熟、消费级无人机的迅猛发展和价格降低，无人机获取高分辨率影像快速制作地形图产品得到了广泛的重视和应用。本文以大疆无人机获取无人机影像，介绍了利用Agisoft PhotoScan软件对其进行自动快速拼接、生成数字正射影像(DOM)和数字高程模型(DEM)的无人机影像快速处理方法。

1　Agisoft PhotoScan简介

Agisoft PhotoScan是由俄罗斯Agisoft公司研发的摄影测量影像处理软件，基于计算机视觉对影像进行三维重建，由静态影像图片自动生成密集点云、纹理化的多边形模型、具有地理参考信息的数字地形模型。软件只需要导入具有一定重叠率的照片，无论是精细的工业模具还是大量的航空摄影测量影像，其都可以通过自动化的工作流程进行处理，可得到精确度高、细节丰富的结果。支持GPU加速计算和网络分布式处理，在处理海量影像数据时可提高拼接和三维重建的效率。支持多种相机的影像数据，包括单幅相机、鱼眼镜头相机以及球面镜头相机。软件支持Python语言，可通过脚本控制作业自动化流程。

2　影像处理流程

根据Agisoft PhotoScan的特点制订的无人机影像快速处理流程如图1所示。

1)无人机航拍数据准备。无人机的用途和种类十分丰富，其获取的POS数据格式有所差别，需要将不同格式的POS数据编辑为PhotoScan认可的格式，方可导入软件中。一般来讲，无人机在影像获取作业中，自身带有GPS和IMU构成的POS系统，可以获得飞行过程中的WGS-84坐标以及无人机的飞行姿态等数据[2]。部分无人机的影像数据写入了拍摄时的GPS数据，PhotoScan可从照片的EXIF信息中读取到位置信息，此外无人机的姿态数据不是必需的，此时就不需要再次导入影像的POS数据。

2)导入并对齐影像。打开PhotoScan添加无人机影像，当航摄区域面积较大时可以分区处理，每个区域的照片数量不必太多，这样可充分利用计算机的性能，也可提高影像处理的效率。本文中导入的大疆无人机影像数据中已经写入了位置信息，无需导入影像POS数据。导入照片后可以设置影像的坐标参考系、相机精度、标记精度、标尺精度等。接着进行照片对齐，照片对齐的精度从低到高分为5个级别，精度越低照片的对齐速度越快。软件利用多视图三维重建技术可自动计算照片的位置、姿态等，可在自动过程中进行内定向、相对定向和绝对定向。

3)生成密集点云。PhotoScan可根据估算的相机位置计算出深度信息进行合并为单一的密集点云。可选择生成的密集点云的质量，由低到高分为5个级别，质量越高处理的速度越慢，可按需选择合适的点云质量。在灾害应急航摄时，可降低点云质量以加快处理速度。可按需裁剪或删除部分点云数据。生成密集点云后，假如最终成果需要得到多边形三维模型，可以进一步构建网格，假如只需要获得正射影像和DEM，则不需要这一操作。生成网格后，可通过几何图元编辑功能删除不需要的面。假如无人机原始影像数据的重叠度不够，生成的网格模型可能存在孔洞，可通过PhotoScan关闭孔洞。此外，要得到多边形模型，还需要生成纹理。

4)生成DEM。基于密集点云或者网格模型可生成数字高程模型(DEM)，由于生成网格模型的步骤并不是必须的，另外为了提高DEM精度，通常选择密集点云作为生成DEM的源数据，可设置生成DEM的分辨率。生成的DEM如图2所示。

5)生成数字正射影像。通常将DEM作为数字正射影像的表面。数字正射影像的像素尺寸可根据无人机原始影像的平均分辨率来确定。根据选择的表面区域大小和输入的像素尺寸可计算出生成的正射影像的大小。生成的数字正射影像如图3所示。

6)成果导出。DEM的导出可选择其地理投影、像素大小，在DEM范围较大时导出过程可能占用大量的系统内存，可通过分块导出解决。可以通过绘制图形指定为DEM的导出范围。数字正射影像的导出设置与上述类似，可导出为JEPG，TIFF，PNG，Google KMZ，Google Map Tiles，MBTileS，World Wind Tiles等多种格式。导出为Google KMZ后可将其添加到Google Earth中查看，如图4所示，可以看出由无人机影像生成的数字正射影像可与Google Earth中的高清卫星影像几乎无缝重叠。

3　结语

本文以实际案例为基础，以消费级大疆无人机为平台获取的影像数据为基础资料，根据PhotoScan软件的技术特点和对影像数据的实际需求为出发点，介绍了快速无人机影像的快速处理方法，最后快速、高效、成功得到所需的各项技术成果。结果表明，利用PhotoScan的三维场景自动建模技术进行无人机影像数据的拼接、DEM、数字正射影像、三维模型的生成具有速度快、作业过程简洁自动化等特点。在无人机应急救援影像获取、区域制图上，该处理方法流程有广阔的应用前景。

[1]吴正鹏.无人机载双相机低空遥感系统应用初探[J].城市勘测,2011(1):76-80.

[2]朱锋,肖晖,魏亚男，等.无人机遥感影像镶嵌技术综述[J].计算机工程与应用,2014(15):38-41.

The method of UAV aerial photogrammetry images data fast processing

Zhao Jie1,3Zhang Congcong2,3

(1.Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan 030021, China；2.Linfen Central Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province， Linfen 041000, China；3.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan 030025, China)

According to the practice and experience of the management of aerial photography and survey data processing, the paper introduces the method of UAV aerial photography fast processing by Agisoft PhotoScan. It includes images mosaicking, generating dense point cloud, building DEM & DOM, results exporting and other major steps, pointed out that the method had high efficiency, convenience, high auto mation degree and other advantages, had wide application prospect.

UAV aerial photography, image processing, PhotoScan, DEM

1009-6825(2016)25-0191-02

2016-06-24

赵杰(1989- )，男，助理工程师;张聪聪(1989- )，男，助理工程师

P232

A