برای تولید ابر نقاط سه بعدی با کیفیت از چه نرم افزاری استفاده کنیم

مقایسه بین سه نرم افزار پردازش تصویر Pix4D و PhotoScan و OpenDroneMap

برای تولید ابر نقاط سه بعدی با کیفیت از چه نرم افزاری استفاده کنیم

 

هرکسی که در ارتباط با (structure-from-motion:SfM) فتوگرامتری باشد احتمالا این سوال را دارد که چه نرم افزار پردازشی برای تولید داده های دقیق ابر نقاط سه بعدی لازم است. خیلی از پکیچ های  نرم افزاری وجود دارد که به شما اجازه ی تولید ابر نقاط سه بعدی از تصاویر اخذ شده توسط پهباد (یا هر UAV دیگری) را میدهد.هر کدام از این نرم افزارها وظایف و پارامترهای متفاوتی را برای پیاده سازی پردازش SFM و ابر نقاط متراکم با استفاده از الگوریتم ها ی (  Multi-view stereo:MVS ) فراهم میسازد.

 

به خوبی آگاه هستیم که صحت ابر نقاط SfM/MVS تحت تاثیر چندین فاکتور است از جمله ویژگی و مشخصات نوع زمین(مانند بافت سطح ).تاثیر  زمین Terrain بر نرم افزارهای sfm خیلی سخت مشخص و بررسی میگردد. در این مطالعه اختلاف بین ابر نقاط تولید شده  توسط سه نرم افزار پردازش تصویر مختلف  مقایسه شده است.دو تا  از این نرم افزارها  شناخته شده تر  Pix4D و PhotoScan است و نرم افزار open-source دیگری که یک سری ابزار جهت پردازش فراهم کرده است به نام OpenDroneMap

نوع terrain

5 منطقه متفاوت توسط پهباد فانتوم 3 تصویربرداری شده است.این مناطق شامل محیطهای باتلاقی و گلی، ساحل و موج شکنهای شیبدار شنی،جزایر جنگلی ، ساختمان و پارکینگ ماشین  مسطح است.منطقه ساختمانی تنها منطقه ای است که امکان مقایسه ابرنقاط 3 بعدی در پرسپکتیو مایل را میدهد.

اپلیکیشن pix4d capture برای کنترل پرواز انتخاب شده است زیرا به کاربر انتخابهای متنوعی در تعیین مسیر پرواز (grid mission ,double grid mission,cicular mission) میدهد.کنترل پهبادها بصورت اتوماتیک بوده در نتیجه خطای انسانی در طول پروسه ی اخذ تصویر به حداقل رسیده است. همچنین رنج وسیعی برای ارتفاع پرواز پیشنهاد میدهد.امکانات دیگری از جمله سرعت،میزان همپوشانی تصاویر و زاویه دوربین را میتوان با این اپلیکیشن تنظیم کرد

 

پردازش داده :

اولین قدم در پردازش داده ها تعیین مدل کالیبراسیون است. که در هر سه پکیج نرم افزاری از مدل کالیبریشن یکسان استفاده شده است.مدل کالیبریشن در واقع مسئول مثلث بندی نقاط سه بعدی بر اساس پارامترهای داخلی دوربین است.مدل استفاده شده در این مطالعه مدل معمولی 5 پارامتری (R1,R2,R3,T1,T2) است که R1,R2,R3 اعوجاج شعاعی و T1,T2 اعوجاج مماسی را شرح می دهد.بعد از تایید مدل کالیبره ، تنظیمات نرم افزار به گونه ای انتخاب شده است که بیشترین شباهت تنظیمات در سه نرم افزار وجود داشته باشد.این تلاش به این منظور صورت گرفته است که اختلاف ابر نقاط به دلیل اختلاف در تنظیمات متفاوت به حداقل برسد.

در کل 15 ابر نقاط تولید شده است:

5 نوع منطقه زمینی متفاوت که توسط 3 نرم افزار پردازش شده است با یکدیگر مقایسه میشوند تا مشخص شود چقدر کیفیت ابر نقاط با یکدیگر تفاوت میکند و هر نرم افزار تا چه اندازه از عهده ی انواع پوشش مناطق بر می ایدپارامترهای آماری و و مشخصاتی که در هریک از ابر نقاط مورد بررسی قرار گرفته شامل موارد :تراکم ابر، فضای میانگین نقاط،تعداد کل نقاط،مینیمم و ماکزیمم ،میانگین و انحراف معیار x,y,z است.که در جدول ها این مقایسه صورت گرفته است.

پارامترتراکم ابرنقاط: نتایج pix4d و photoscan  در تراکم فضا و تعداد نقاط بسیار به هم نزدیک است که در پوشش باتلاقی pix4d حدود 7.3% بیشتر از نقاط photoscan  و 99.1% بیشتر از OpenDroneMap است.

در پردازش سواحل ماسه ای و موج شکن ها نتایج نشان میدهد که تعداد نقاط Pix4d به نسب PhotoScan 15.3% و به نسبت OpenDroneMap  99.2% بیشتر است.

در جزایر جنگلی Pix4d 53.9% تعداد نقاط بیشتری را به نسبت PhotoScan و 99.9% نسبت به نرم افزار دیگر تولید میکند.این اختلاف به دلیل false matching بر روی آب است که pix4d بهتر توانسته این مساله را مدیریت کند و photoscan نیاز به پردازش مجدد با تنظیمات منفاوت دارد.در بین کل مناطق پارکینگ ماشین بهترین تراکم نقاط را در هر سه نرم افزار داشته است.در منطقه پارکینک ماشین pix4d بهتر عمل کرده است. و این اختلاف تراکم در زمینهای اطراف پارکینک با پوشش علفهای کوتاه مشخص تراست .اما photoscan  در پرسپکتیو مایل مناطق مسکونی بهتر از دو  نرم افزار دیگر عمل کرده است و تعداد نقاط 26% بیشتر از pix4d و 96.6% بیشتر از OpenDroneMap است.

مقادیر میانگین،و انحراف معیار را در ادامه در غالب جداول ارائه شده است

 

 

	StdDev X	Mean x	Max x	Min x
Photoscan	38/80	86/677291	47/677458	73/677116	باتلاقی و گلی
Pix4d	26/76	49/677291	69/677454	22/677122
OpenDroneMap	06/62	40/677301	48/677439	96/677163
Photoscan	15/61	25/680878	21/681064	48/680750	ساحل و موج شکن
Pix4d	17/60	92/680879	60/681062	11/680767
OpenDroneMap	69/52	07/680888	74/681054	17/680782
Photoscan	72/35	86/455426	97/455518	36/455302	جزایر جنگلی
Pix4d	95/38	72/455422	00/455518	28/455290
OpenDroneMap	67/40	14/455381	55/455454	70/455146
Photoscan	71/23	51/675710	31/675763	78/675653	پارکینگ ماشین
Pix4d	27/24	14/675710	37/675763	44/675651
OpenDroneMap	23	04/675712	22/675763	83/675653
Photoscan	6/18	46/669138	19/669182	70/669097	ساختمان
Pix4d	38/14	88/669137	85/669180	74/669098
OpenDroneMap	89/13	99/669137	11/669173	68/669102

	StdDev Y	Mean Y	Max Y	Min Y
Photoscan	12/56	82/3058487	35/3058757	82/3058487	باتلاقی و گلی
Pix4d	39/53	82/3058487	74/3058751	28/3058497
OpenDroneMap	62/49	52/3058487	34/3058735	36/3058511
Photoscan	5/58	36/3062623	64/3062905	20/3062623	ساحل و موج شکن
Pix4d	18/57	21/3062623	29/3062900	30/3062626
OpenDroneMap	8/44	47/3062623	34/3062863	88/3062627
Photoscan	7/41	34/3685333	51/3685333	51/3685333	جزایر جنگلی
Pix4d	22/44	65/3685333	34/3685333	60/3685304
OpenDroneMap	51/41	32/3685333	51/3685333	03/3685245
Photoscan	8/35	10/3052731	75/3052731	89/3052731	پارکینگ ماشین
Pix4d	98/35	75/3052731	51/3052731	89/3052731
OpenDroneMap	73/34	51/3052731	89/3052731	89/3052731
Photoscan	55/17	60/3694415	51/3694415	51/3694415	ساختمان
Pix4d	17/14	16/3694415	60/3694415	14/3694417
OpenDroneMap	57/13	73/3694415	98/3694415	02/3694421

 

 

	StdDev Z	Mean Z	Max Z	Min Z
Photoscan	77/0	88/76-	48/63-	88/76-	باتلاقی و گلی
Pix4d	15/1	46/72-	1/66-	46/72-
OpenDroneMap	1	7/9-	73/3-	7/9-
Photoscan	24/1	16/46-	14/28-	16/46-	ساحل و موج شکن
Pix4d	66/1	27/78-	33/42-	27/78-
OpenDroneMap	85/0	62/39-	05/33-	62/39-
Photoscan	25/11	44/120	44/120	15/55-	جزایر جنگلی
Pix4d	98/6	36/96	36/96	29/46-
OpenDroneMap	51/49	81/85	81/85	11/ 211-
Photoscan	09/0	76/1	76/1	11/1	پارکینگ ماشین
Pix4d	09/0	83/1	83/1	66/0
OpenDroneMap	11/0	84/1	84/1	18/1
Photoscan	86/1	24/177	24/177	24/161	ساختمان
Pix4d	02/2	54/177	54/177	11/164
OpenDroneMap	14/2	09/166	01/176	09/166