PHOTOMOD和Inpho在贵州山地环境下的正射影像处理对比研究

张磊 吴霞

（贵州省地质矿产勘查开发局测绘院 贵州省贵阳市 550018）

贵州省高原山地居多，素有“八山一水一分田”之说，且贵州气候呈多样性，“一山分四季，十里不同天”，降水较多，雨季明显，阴天多，日照少，卫星、传统航测等方式无法及时有效获取到时空数据，无人机航摄因具有高时空分辨率，低使用成本和灵活应用性等特点，已在贵州广泛应用于国土、测绘、林业、农业、采矿业、公用事业和能源、城市开发、国防和灾害应急等各个领域[1]。但是，无人机作为遥感平台易受到风速风向、海拔气压等外界条件的干扰，导致其飞行姿态不稳定，致使获取的航片影像畸变较大、旋偏角大、重叠度不规则等，并且无人接航片数量多，后期处理数据量大，因此对后期正射影像处理的软硬件要求较高，尤其对软件的数据处理能力和稳定性需求严格[2]。贵州省具有典型的喀斯特山地地貌环境，开展无人机航测工作难度大，获取的影像受地形影响，数据后期处理困难，影像处理软件在此地形环境下工作的适用性有待探索。本文以贵州省内典型山地测区影像为基础数据，分别使用Inpho 和PHOTOMOD 两款主流的航摄软件进行正射影像生产，从易操作性、处理时间效率、产品精度等方面进行对比分析，探讨两款软件在山地环境下的正射影像处理适用性，为区域正射影像获取和生产等相关工作提供案例参考。

1 Inpho和PHOTOMOD软件系统介绍

1.1 Inpho软件基础情况

Inpho 摄影测量系统是著名航空摄影测量与遥感处理软件，20世纪80年代由德国阿克曼教授建立，2007年被Trimble 公司收购，其采用先进独特的摄影测量技术，把原始的航拍图像和卫星图像精确地转换成连贯准确的点云和地表模型、正射影像和三维的特征地物，采取模块化结构，既可以整合成完整完美的工作流程，也可以采用其中一些独立的组件整合到空间地理信息的生产工作流中。[3]其组成模块如表1所示。

表1：Inpho 软件系统模块

基于以上模块，使用Inpho 处理正射影像基本流程如下：

（1）数据导入：相机参数、原始影像、控制点坐标参数、影像POS 坐标参数等；

（2）数字空三：连接点提取与剔除、自由网平差、像控刺点等；

（3）DSM 生成：输出参数定义、DSM 输出；

（4）DOM 生成：DSM 导入、参数设置、正射纠正；

（5）拼接与匀光匀色：DOM 导入、参数设置、影像拼接、匀光匀色；

（6）镶嵌线编辑和成果输出。

1.2 PHOTOMOD软件基础情况

PHOTOMOD 摄影测量系统来自俄罗斯Racurs 公司，集成了卫星影像遥感及雷达遥感、航空摄影测量、无人机航测、倾斜摄影测量、近景摄影测量等功能模块，具有界面简洁、集成度高、平差效率高等优势[4]。其功能模块如表2所示。

表2：PHOTOMOD 软件系统模块

使用PHOTOMOD 软件系统处理正射影像基本流程与Inpho 摄影测量系统基本一致。

2 测区及数据

2.1 测区情况

选取测区位于贵州省毕节市纳雍县东北部，总面积为26 km2，测区海拔高度处于1180—1620 m 间，为贵州省典型山地地形；测区内植被覆盖率较高，并有耕地和农房分布；受区域气候影响，加之海拔较高且高程落差大，测区全年阴雨天较多，云层较低，航空摄影作业难度大。

2.2 无人机航飞影像获取

使用CW-20 无人机作为航摄平台获取测区范围的正射影像，航摄仪器使用NIKON-D810 相机，基本参数如表3所示。

表3：航摄平台和航摄仪器基本参数

航飞正射影像获取任务设计航高1000 m，航向重叠度75 %，旁向重叠度55 %，航摄面积为28 km2，航带13 条，共获取像片487 张。

3 处理流程对比

在软件系统操作性方面，Inpho 相较PHOTOMOD 人机交互更加频繁，自动化程度相对较低，而PHOTOMOD 界面较为简洁，操作更加快速便捷，同时Inpho 处理过程中占用系统CPU 和内存较多，且处理后相关数据量占用的物理内存也较大，相较之PHOTOMOD的处理更加的轻量化。

在软件系统处理效率方面，在同样的计算机硬件配置、外界环境下，对Inpho和PHOTOMOD系统各步骤处理效率进行对比，其中，对人工干预程度较大的镶嵌融合步骤不做对比，其他对比分析详见表4：在畸变矫正上，Inpho 摄影测量系统进行处理前需进行影像畸变校正，对487 张原始像片进行处理花费31 min；在建立金字塔影像上，该步骤二者用时相差无几，分别用时8 min 和10 min；在提取连接点部分，两款软件处理效率具有极为显著的效率差异，其中PHOTOMOD 相较Inpho 仅用时68 min，但此步骤Inpho 耗费约204 min；在平差处理环节，二者处理效率差异较小；在生成点云部分，两系统下差异明显，其中PHOTOMOD 用时约398 min，Inpho 用时约240 min；单片纠正步骤下，PHOTOMOD 处理效率表现明显更快，仅用时5 min，而Inpho 用时96 min。总体来看，PHOTOMOD 软件系统正射影像处理效率较高，原因主要在于其自动化程度较高，人机交互较少。

表4：Inpho 和PHOTOMOD 系统处理正射影像效率对比 单位：min

在生成DOM 精度方面，在测区范围布设25 个检测点，详见表5，计算得到PHOTOMOD 和Inpho 软件系统的统计中误差值分别为0.3181 m 和0.3186 m，二者差距较小，此外PHOTOMOD 最大点位误差为0.918 m，Inpho 最大点位误差为1.013 m，总体看生产成果PHOTOMOD 较高。

表5：两种软件检查点与参考点对比分析表 单位：m

4 讨论与结论

本文分别使用PHOTOMOD 软件系统和Inpho 摄影测量系统对贵州典型山区环境的纳雍县一测区进行正射影像的处理，并从软件系统操作性、软件系统处理效率和软件系统成图精度等方面对二者进行对比分析。在处理效率对比中，因两款软件系统的人机交互程度不一，故在此过程中存在一定的人工干预误差，测试计时在一定程度上与操作者的操作有关。在尽量控制操作者的操作步骤稳定情况下，得到结论如下：

（1）使用PHOTOMOD 和Inpho 软件系统用于贵州山区环境正射影像生产均可完成生产任务，均具备先进的算法和严谨的运算模型，功能完备，可对各种航测遥感影像进行空三、平差、测图、DEM/DSM 提取和编辑、正射纠正和镶嵌匀色、制作专题地图等功能，并达到一定的生产精度；

（2）对比PHOTOMOD 和Inpho 软件系统正射影像处理效率，PHOTOMOD 相较具有更高效的生产效率，时间成本较低；

（3）依托于该测区分析，相较Inpho 软件系统，PHOTOMOD具有更高的生产精度，结果可为山地环境的无人机航飞正射影像生产工作提供案例对比和经验参考。