基于Agisoft PhotoScan的無人機影像快速拼接在新農村規劃中的應用

摘要：以新農村建設規劃中存在的問題為基礎，提出了基于Agisoft PhotoScan無人機影像的快速拼接方法在新農村建設規劃中的應用，給新農村建設規劃測量帶來了極大的便利，可滿足新農村建設的需要。

關鍵詞：新農村建設規劃；Agisoft PhotoScan；無人機；快速拼接

中圖分類號：P237；TU982.29 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）03-0743-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.03.049

Abstract： Based on the existing problems in planning construction and of new countryside， the application of fast image mosaic method in construction and planning of new countryside on the basis of Agisoft PhotoScan UAV image was put forward， which bought great convenience for measuring the new rural construction and planning， could meet the needs of new countryside construction.

Key words：construction and planning of new countryside；Agisoft photoScan；Unmanned Aerial Vehicle；fast mosaic

黨的十六屆五中全會通過的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十一個五年規劃的建議》明確提出了建設社會主義新農村的重大歷史任務，作為新農村建設的先行準備工作，規劃測量成為必不可少的一部分[1]。但是大部分農村村莊缺乏合理的規劃，存在建筑物混亂無序、村莊內部基礎設施等陳舊、地物復雜多樣及通視條件差等問題，給測量工作帶來了很大的困難。老街區建筑物密集且分布無序，街區道路狹窄曲折，而且一些邊遠農村地區地形起伏較大，不利于進行控制測量[2]。

無人機與遙感技術相結合形成的無人機低空遙感系統，具有機動、快速、經濟等優點，在小區域測繪和應急數據獲取等方面有著獨特的優勢[3，4]。為此，基于上述新農村建設規劃測量存在的困難及矛盾，擬引入無人機技術對測區進行飛行拍攝，然后利用Agisoft PhotoScan軟件對影像進行快速拼接，從而快速精準地獲取新農村規劃建設所需要的基礎測繪圖件資料。

1 原始數據的特點及來源

以某村為研究區域，通過無人機對該地區進行航空攝影測量[5，6]。本測區設計飛行的航高為204.205 m，無人機上搭載的相機焦距為20 mm，測區范圍總面積達0.816 km2，獲取原始照片416張，所獲得的部分無人機影像如圖1所示。該軟件在航空攝影測量時要求60%的側向重疊和80%的航向重疊，同時應避免閃爍的拍攝環境。

2 影像數據處理基本流程圖

無人機低空遙感系統通過先進的無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通信技術、GPS差分定位技術和遙感應用技術來快速獲取地表的信息[7]。影像數據處理基本流程圖如圖2所示。利用Agisoft PhotoScan軟件將無人機航空攝影測量數據處理應用于新農村建設規劃中，首先要將無人機影像進行數據預處理，然后導入Agisoft PhotoScan軟件，軟件對輸入的影像進行自動對齊，同時可以增加外業采集的控制點，然后是定向的點云提取，根據研究的需要生成相應的高密度或低密度的點云數據，根據點云進行網格制作，然后賦予相應地物的紋理信息，生成數字高程模型（DEM），最后生成拼接的影像。

3 無人機影像快速拼接的關鍵技術

3.1 導入無人機影像

打開Agisoft PhotoScan軟件加載無人機拍攝的影像，由于本次研究區域利用無人機所獲取的影像數量較多，因此在處理影像數據時根據無人機的飛行航線圖，將整個區域分成2個測區塊進行影像數據處理，這樣一方面可以大幅度利用計算機性能和特點，另一方面也可以加快無人機影像數據的處理速度和效率。然后軟件進行相機對準，在這個階段，軟件可以自動尋找影像間的同名點，同時對照片進行匹配，因為無人機拍攝的數據較大，影像對準需要很長時間，這個時期的很大一部分是用于匹配檢測功能的照片。如果選擇圖像相匹配的一個子集，就會加速這一過程。

3.2 數據定向及點云的提取

調整完成之后軟件根據攝影測量的基本原理計算出無人機影像的拍攝位置、姿態等信息，無人機影像的拍攝位置由拍攝影像時所設計的飛行航線和飛行的姿態所決定，影像的內定向、相對定向等軟件可以自動完成，無需人為因素進行干預。軟件根據要求生成高密度或者生成稀疏的點云，生成的高密度點云如圖3所示。然后根據生成的點云數據檢查重建邊界范圍，調整框架確保整個研究區域在限位框里面。

3.3 格網制作

傳統測繪技術主要是單點精確測量，要用其采集數據進行三維建模就存在很多問題，因為描述目標結構的完整屬性和在線場景的幾何信息需要采集大量的點，小則幾萬，多則幾百萬甚至幾千萬[8]。Agisoft PhotoScan軟件通過密集點云構建不規則三角網（TIN），TIN模型是基于區域內有限個點集將區域進行劃分，劃分的結果為相連接的三角面網格，區域中的任意的點落在相應的三角面的頂點、邊上或者三角形內。

3.4 制作紋理

根據生成的不規則三角網（TIN）進行紋理貼圖。Agisoft PhotoScan軟件對生成紋理有5種映射模式：通用、正射影像、自適應正射影像、球形、單一相機。本研究根據研究區的特點使用正射影像模式，然后生成數字高程模型（DEM），DEM是地形表面形態屬性信息的數字表達，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數字描述[9]。

4 結果及精度評價

4.1 成果輸出

導出拼接后的影像時可以調整影像分辨率和影像的大小，同時在導出時可以分幅或者整幅影像導出。導出格式通常為TIFF/GeoTIFF（*.tif），經過一系列處理最后將無人機影像實現快速拼接，拼接后的無人機影像如圖4所示。

4.2 成果精度評價

遙感影像精度檢驗是遙感技術中一個必不可少的環節[10]。進行精度檢驗時，為檢驗Agisoft PhotoScan軟件對無人機影像的快速拼接精度，采用南方S86 GPS實地測量，一共采集了33個控制點的坐標，控制點的分布如圖5所示，所得測量數據固定解誤差在5 cm以下，其中17個點作為配準點對拼接的圖像進行配準，然后將控制點坐標輸入軟件。剩余的16個點作為檢查點，分別與軟件解譯的拼接影像坐標進行對比，與野外測得的控制點高程Z值進行比較，經過比較，誤差基本在5 cm之內，如圖6所示。拼接后的影像能較好地顯示道路、房屋等基礎地物信息，滿足新農村規劃測量的需要。

5 小結

本研究從實際出發，以某村無人機拍攝的影像數據為基礎資料，靈活運用軟件對無人機影像進行快速拼接。試驗結果表明，利用Agisoft PhotoScan軟件對無人機影像數據進行一系列處理，可以迅速建立研究區域的點云數據，然后利用點云數據生成數字高程模型（DEM），最后得到了研究區的拼接影像。該方法是基于無人機影像快速處理的技術平臺，軟件基于原始的影像獲取所需要的紋理數據，可以方便快捷地對影像進行拼接。拼接后的影像具有很高的精度，能較好地顯示道路、房屋等地物信息，給新農村建設規劃測量帶來了極大的便利，從而可快速精準地獲取新農村規劃建設所需要的基礎測繪圖件資料。

參考文獻：

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