UAV測量用のTerra Mapperはどの位の性能なのか?

Terra Mapper(テラマッパー)の機能や性能の評価をする上で、ほぼ業界スタンダードとなっているMetashapeとの比較を行いました。この記事に限ったことではありませんが、公平な観点で比較するように努めました。結論としては、どちらもメリット、デメリットがありますので、利用目的によって選択されるのが良いかと思います。ご参考にしてください。

機能

下表は、機能一覧の比較です。細かな所は省いて主要な所のみになります。

機能 Metashape Professional
(Ver1.5.4)
Terramapper
(Ver2.9.2)
写真測量
高密度点群の生成/編集
基準点の設定
スケールの設定 ×
クラス分け ×
フィルタリング(不要物削除)
距離・面積・容量
点群・オルソ・DEMエクスポート
マルチスペクトル画像処理 ×
NDVI及びその他植生指数の計算 ×
自動処理スクリプト ×
フローティングライセンス
(複数サーバでの処理)
×
クラウド処理

Metashapeは古くから航空測量のソフトウエアとして用いられて、i-construction用としても多くの実績がありますし、マルチスペクトル画像処理やNDVIなどの植生計算も可能です。しかし多機能が故、少し操作が複雑でノウハウが必用です。オリジナルの英語のマニュアルがわかりにくい事もあり、弊社のように良く知っておられる日本人スタッフによる技術サポートが必須です。しかし、多くの機能を持っていますので、広い目的範囲で使用を考えられている方にはとても有効なツールです。

一方、Terra Mapperはi-constructionに特化した機能となっていますが、その分が操作はシンプルですので、習得するまでの時間が短時間で済みます。

以下に、いくつか具体例として、操作イメージも含めた機能、性能をご紹介をします。

不要物削除

Terra Mapperのメニュー名称ですが、その名の通り不要物を削除する機能になります。操作は、不要物削除のコマンドと、基準となる地面をクリックするのみです。

対しMetashapeは不要物削除というよりもクラス分け機能でオブジェクトを認識し、そしてそのクラスを指定してフィルタリングをするという事になります。2工程の操作が必用になりますが、不要物を削除する事も可能ですし、逆に不要物を残すということも可能です。

削除前 削除後あるいはフィルタリング後
Terra Mapper例
(不要物削除)
Metashape例1
(地面以外をフィルタリング)
Metashape例2
(地面をフィルタリング)

上記の例では、Metashapeでは不要物のフィルタリングに取りこぼしがありました。Terra Mapperでは、重機全てと、ある程度草が削除され薄くなっているのがお分かりになるかと思います。

面積・体積機能

同じ個所の面積と体積を測定し、比較してみました。結論としては、ざっと指定なので多少のずれはありますが、面積も体積もほぼ同じ値となっております。

Terramapperは、図の様に点群を選択するのみで面積と体積が同時に算出できます。

Metashapeの場合は、3Dモデルを測定したい部分のみを残す編集を行い、面積を算出します。その後、空間を閉じる作業(底面)を行い体積を算出します。ちなみに、空間を閉じた面積は、底面積も含まれますので、閉じる前に面積の算出が必要です。尚、Metashapeの「面積」の定義は、表面積となります。

処理イメージ 面積・体積
Terra Mapper
Metashape(面積)
Metashape(体積)
(底を閉じてます)

断面図

Terra Mapperは、断面図の作成はもちろんのこと、考慮点から外れているアンカーポイントの位置を指定して断面図を修正する事が出来ます。

Metashapeは、断面図を作成する事はできますが、編集機能はありません。

修正前 修正中 修正後

性能

処理時間

両ツールにおいて、処理時間を比較する上で点群を生成するまでの処理工程に若干相違があります。最初に工程の違いを整理しておく必要があります。

工程の比較

  Terra Mapper Metashape 機能概略
1 バンドル調整 アラインメント カメラ位置の推定、低密度点群生成。
2 GCP設定 GCP設定 人間がGCP位置と座標を指定します。
3 位置情報補正 最適化 EXIFによる補正やGCP(基準点)による補正。
4 点群生成 高密度クラウド 高密度点群の生成。
5 DSM生成 DEM生成 高密度点群からDSM/DEMを生成。
6 オルソ生成 オルソ生成(DEM or Mesh作成後前提) Metashapeは、オルソ生成前にDEMもしくはMeshを作成しておく必要があります。
Terra Mapperは、その処理が必要ないので、原理的には点群生成にふくまれていると考えます。そのため、点群生成と高密度クラウドの処理時間は、単純には比較できないのかもしれません。

両ツールとも、上記表の1~3番まで終了すると精度が確認できますので、UAV測量業務の実質的なターンアラウンドタイム(TAT)となります。

4番以降は、単なる画像処理、つまり見た目の話なので、単に流しておけば良いということになります。UAV測量以外での目的で、その見た目も非常に大事という場合は、これらの工程もTATに含まれてきます。目的によって大事な工程がどこまでかで、後で述べる処理時間の影響度が変わってきます。

比較条件の詳細

比較はどちらも同じ写真データを読み込み、点群生成を生成し、DEM(DSM)やオルソ生成までの処理時間を比較しました。PCは同じものを使用しています。

ケース

写真

PC

サンプル1 ・49枚 1240万画素
・GCP(評定点)設定あり
・Phantom3撮影 EXIFあり
・Windows10 Home
・CPU i7-8700 3.2GHz
・Geforce GTX1060
・メモリ32GB
現時点では画像処理PCとしては、平均的な性能になります。
サンプル2 ・167枚 2080万画素
・GCP(評定点)設定なし
・Inspire2撮影  EXIFあり

Terra Mapper処理時間 Ver2.8.3

モード サンプル1 サンプル2 備考
バンドル調整 ハイブリッド
(メーカ推奨)
40秒 10分13秒
評定点の設定 7分3秒 評定点4つ、検証点1つ
位置情報補正 10秒以下 2分30秒
点群生成 点群数レベル 高
(メーカ推奨)
19分48秒 1時間35分
DSM生成 10秒以下 10秒以下
オルソモザイク 10秒以下 1分50秒

Metashape処理時間 Ver1.5.4

モード サンプル1 サンプル2 備考
アラインメント 精度 高
(メーカ推奨)
55秒 4分19秒
評定点の設定 17分50秒
(半自動モード)
評定点4つ、検証点1つ
最適化 10秒以下 10秒以下
高密度クラウド 品質 高 6分15秒 1時間9分
DEM生成 11秒 50秒
オルソモザイク メッシュ40秒+オルソ38秒 メッシュ2分3秒+3分31秒

バンドル調整(アラインメント)に関しては、規模が小さい(サンプル1)ければTerra Mapper、規模が大きければ(サンプル2)Metashapeの方が早い結果になりました。

評定点の設定に関しては、弊社チュートリアル用データを使用し、評定点4つ、検証点1つの規模ですがどちらも操作に慣れた上で実施しました。Terra Mapperは、基本的に1評定点当たり1か所の指定で良く3か所程度指定すると、あらかじめ読み込んだ評定点の座標により、全評定点を抽出するため、写真一枚一枚を指定する必要がないため、圧倒的に早く終わります。Metashapeは、半自動モードでも1評定点当たり10枚前後の写真の確認及び、微妙な位置合わせを修正する必要があるため、ほぼ全ての写真を確認する必要があるため時間がかかります。単純計算ではありますが、Terra Mapperは、1評定点当たりに要する時間は85秒、Metashapeは214秒ということなり、評定点の数が増えるほど、トータル時間は比例して大きくなります。

点群生成(高密度クラウド)の処理時間は(再確認したところ)、サンプル1、サンプル2の双方にて、Metashapeに軍配が上がりました。但し、同じ設定の「高」でも、各メーカの味付けは異なるため、本当に同条件で比較出来ているかは正直わかりません。また、Terra Mapperの点群生成は、(Metashapeでいうところの)オルソモザイク生成に必要なDEMやメッシュ作成処理が含まれていると思われますので、その時間も考慮する必要があります。

しかしながら、前述のようにUAV測量の場合は、精度が確認出来る位置情報補正(最適化)までがTATですので、点群生成(高密度クラウド)の処理時間は、あまり問題にはならないかと思います(夜にでも流しておけばよいので)。

一部分ではありますが、「高」で作成した点群からのオルソモザイクを張り付けておきます。Metashapeのほうが地面の細かなデティールがはっきりしている反面、青い重機のシャベルの再現はTerra Mapperのほうが忠実になっています。

精度

サンプル1のGCPにおける誤差の比較です。弊社実習用のデータですが、ノートPCでも処理出来るよう、最低限の枚数に絞り込んでいるため、検証点では誤差が大きく出ます(特にZ方向)。きちんと撮影された写真では、どちらも良い値が出るのでしょうから、あえて難しい状況のサンプルで行っています。

今回はどちらも、セルフキャリブレーションによる結果ですが、セルフキャリブレーションの味付け方が誤差の結果として出てきます。Metashapeは、全体的に誤差を配分するような傾向で、検証点である5番の誤差を最低限にしているように見えます。対し、Terra Mapperは、評定点はガチっと固め、そのしわ寄せが検証点の5番に来ていると推測しています。

Metashapeでも、少し前のバージョンでは、検証点の誤差は40cm程度出ていましたから、カメラ位置推定などのアーキテクチャーが改良されたのかもしれません。Terra Mapperは、今回は時間の関係上、最新バージョンVer.2.8.4では確認ができませんでした。

Metashape Terra mapper

ちなみに、Metashapeでは、セルフキャリブレーションを使用せず、自分で行うレンズキャリブレーションのパラメータによる補正も可能なので、それによっても誤差の出方の傾向は変わってきます。

サポート

ご存じない方もいらっしゃるかもしれませんが、Metashapeはロシアで開発されています。従ってサポートは、代理店の日本人スタッフに頼ざるを得ないかと思います。対して、Terra Mappaerは日本での開発とサポートですので、言うまでもなくメーカ(あるいは代理店)から直接十分なサポートを受けられるのが大きなメリットです。

ソフトウエア操作を習熟する難易度

操作を一通り覚えるまでの期間を比較すると、Terra Mapperはメーカ付属のマニュアルを使用しておよそ、2日~5日位かと思います。対して、Metashapeは英語マニュアルのみだと1年単位、日本語マニュアルがあって2~3か月、弊社トレーニングノート使用して3日~1週間(弊社数年分のノウハウも習得出来ますが..)くらいかと思います。

i-conに限って言えば、機能的にはTerra Mapperが優位な部分が多いですが、処理時間等、性能的にはMetashapeが優位な部分があります。しかしながらTerra Mapperは近年リリースされたばかりでこの機能と性能は優秀と言えますし、今後バージョンアップによって性能の改良は進むかと思います。

それでも、性能を優先し、頑張って使いこなしたいということであれば、Metashapeとなるかと思います。特にMetashapeは座標系の機能が強く、楕円体高、ジオイド高などカスタム座標系の設定が可能な反面、それらの操作は非常に難しいため使いこなすには強力な技術サポートが重要です。Terra Mapperも同様に可能かと思われますが、今回はそこまでの調査は出来ておりません。

最初の導入をMetashape,2nd導入をTerra Mapperというようにリスク分散する考え方もございます。ソフトウエア選択の一助となれば幸いです。

以上です。

テキストのコピーはできません。