无人机倾斜摄影测量影像处理及三维建模探讨

无人机倾斜摄影测量影像处理及三维建模探讨

卢洋

西安航天宏图信息技术有限公司，陕西 西安 710100

摘要：现阶段，社会进步迅速，伴随无人机产业近些年的高速发展，使得无人机得以在各行各业实现广泛运用，在无人机活跃的众多领域中，应用较为广泛的技术当属无人机倾斜摄影测量技术，它通过与三维建模软件的配合，可以在工程建设规划、管线维护监测、考古文物保护等领域发挥巨大的作用。由于目前这项技术仍然不太成熟，并且有很多缺点急需完善。为了提升无人机倾斜摄影测量技术的运用效率，需要在镜头分辨率、传感器灵敏度、三维建模软件优化等方面做出改进，从而提升整体技术效率。

关键词：无人机倾斜摄影测量；影像处理；三维建模探讨

1 无人机倾斜摄影测量影像处理及三维建模重要性

三维模型的高可视化作为新兴的技术，广泛运用于矿产、地质、智慧城市等诸多领域。基于智慧城市的发展状况，构建建筑物的高可视化三维模型已经成为测绘领域新的发展方向。传统的航空摄影测量虽能大范围获取地面三维数据，但仅能得到物体的空间坐标和顶面信息，不能获取目标完整的侧面纹理信息，由此造成构建建筑物三维模型过程繁杂，并且缺乏有效的地面三维信息融合度而导致效果不佳，已不能满足智慧城市的发展需求。

目前，三维数字城市建模主要有4种。①基于二维数据的三维建模。以地形图作为数据源，可节约生产成本，同时也可提高模型平面精度，但其建立模型周期长、模型整体精度低、后期的修模工作较为繁杂。②基于三维激光扫描的三维建模。不易受天气状况的限制，获取数据的效率更高，但由于其通过扫描研究区域获取地物的点云数据，将会增加数据量进而引起数据冗余，增大工作量。③航空摄影测量技术建模。基于航空飞行器搭载传感器获取地物的位置和姿态信息，构建的三维模型具有精度高、数据处理快等优势，但其在获取数据源时成本较高，并且受到机载相机视角的限制，需要采取后期补拍和模型修复等操作来弥补视角限制等问题。④倾斜摄影测量建模。目前无人机倾斜摄影测量技术应用范围较广，其获得的倾斜影像很大程度提高了三维模型的真实度、精度以及建模效率，此外无人机倾斜摄影测量技术也可以解决传统人工建模效率低等问题，并且其在三维建模生产中具有自动化程度高、低成本和作业范围广等优势。

2 无人机倾斜摄影测量技术的应用

2.1 在大比例尺地形图测绘中的应用

在通过斜摄影测量技术获取地形信息，并用网络技术手段收集和发送数据，然后通过专业的数码倾斜测量影像导入软件对地形数据信息进行分析和解读。利用倾斜摄影测量空三加密技术解算和模型进行生产绘图，可以取得更好的成果。在地图绘制过程的最后阶段，根据三维模型对地形图进行辨别，及时纠正制图方面的问题，提高大比例尺地形图数据的准确性，并核实地形图的有效性。通过倾斜摄影技术，可以提高大比列尺地形图绘制的效率和准确性。

2.2 在地质灾害调查中的应用

在地质灾害调查中利用无人机倾斜摄影测量技术能够使人们真正了解灾区周围的情况，并且了解地质灾害的损坏状况，从而采取合理措施加以处理和补救。在发生地质灾害时，无人机倾斜摄影测量技术能够分析地质灾害的具体原因，利用遥感调查数据分析有关区域的明确信息，研究地质的危险性，划分灾害的类别，为灾害的防治提供相应的方法，探测地质灾害的动力活动或者地质的异常变化情况。通过无人机的倾斜摄影测量技术可获得全方位的图像信息和更清晰的三维模型。因此，无人机倾斜摄影测量技术是地质灾害调查监测的重要工具。

2.3 建筑工程施工现场中的应用

无人倾斜摄影能够通过建筑工程施工的指导对现场环境进行监测，从而降低建筑工地的粉尘，而无人驾驶飞行器实际上是在靠近地面的空中拍摄实时图像。三维模型在视觉上观察室外沟渠附近的地形和地貌，并计算底部与地面高度之间的差异。技术人员能够直观的了解到现场环境的总体形态，其目的是便于对现场施工和人员的管理。此外，还便于对材料储存地点进行监测，有效控制载货平台的负荷能力，监管工作人员的施工效率，进而促使建筑工程能够顺利运行。

3 倾斜摄影三维建模

3.1 三维建模原理

基于Smart3D的倾斜摄影三维建模原理：通过空三加密解算出大量连接点，在这些连接点的基础上构建不规则的三角网TIN，进而促进三维框模的生成。在软件中填入影像真实的空间信息，使其完成三维模型表面纹理的自动映射，实现三维模型更加完整、真实的构建。

3.2 倾斜摄影三维建模处理

基于Smart3D的倾斜摄影三维建模的基本流程图。数据整理POS数据、影像数据、相机参数空三加密控制点导人模型输出输出范围、TIN间距、单块尺寸图1基于Smart3D的倾斜摄影三维建模的基本流程

图1 三维示例图

3.2.1准备工作

（1）整理原始影像数据；（2）创建EO文件，就是按照一定的格式和一定的顺序创建关于各种数据参数信息的Excel表格；（3）将影像导入软件中，为后期的数据处理、模型建立做准备。

3.2.2空三加密

在影像中自动提取大量的特征点，并从多个视角对这些特征点进行同名点匹配，进而找到各个影像中对应的外方位元素。完成空三加密后，便可以查询一些位置信息或情况，如空三点的位置密度、每张影像的覆盖范围、整个航带的飞行情况等。

3.2.3导入控制点

通常情况下，控制点导入后还需要进行空三加密的再次操作，倘若第一次空三加密前通过EO文件导入Block，则可以省掉这一步骤。选择空三加密后导入控制点的原因是，2次空三加密所需时间要明显少于导入控制点后进行一次空三加密所需时间，还可以通过空三加密进一步了解航带的信息情况，提高了找到控制点相应位置的效率。

3.2.4模型贴图

完成上述所有工作后，需要对模型进行分块，该工作是通过选择tile的尺寸完成。分块结束后，需要将Smart3D计算结果不太理想的部分导出，导出到第三方软件内并进行编辑修改，从而快速整合数据，进而保障数据的更新、保障数据的准确性和有效性。通过Smart3D回炉功能，将修改后的模型进行重新整合输出，最终构建出实景的三维立体模型。

3.3 分析讨论模型质量

在进行实景模型构建之后，即可形成直观性较强的数据模型，而该实验中的模型是在建模系统上进行，因此在其数据模型上能获取到三维的地理坐标值，并在此模型的基础上进行相关距离的测量，运用比例尺进行计算就可以得到相应的实际距离。视野和掩膜分析等功能都能以基础数据为依据来进行开发和应用。客观存在的实体事物所取得的空间数据一般都含有不确定性，会有较多对模型精度造成影响的因素，包括原始数据的采集和处理以及模型的重建等环节，对数据精度都会具有一定影响。三维建模其实就是对实物的模拟显现，仅是近似模拟，与实际的实物还有一定差异，因此并不能将其详细信息全部显现，因此需要通过评价指标进行数据精度衡量。不过直至今日，仍没有研究出一个统一的方式和评价体系，能够对模型的质量进行评定。通过分析讨论三维模型的定量，通过具体实验对精度进行衡量，能够保证三维模型可靠性和实用性更佳，本文选择点位精度实现三维模型质量的定量评价。

4 结语

综上所述，无人机倾斜测量技术自身的优点是可以快速高精度进行数据收集工作，并且这项技术已经在多个领域中广泛应用，因此无人机测绘技术未来的发展前景十分广大，有关部门要积极培养无人机测绘方面的专业人才，将无人机测绘技术不断完善。

参考文献:

[1]冯茂平，杨正银，张秦罡．基于小型多镜头航摄仪的无人机倾斜摄影技术在实景三维建模中的应用［J］．测绘通报，2017(S1):5-7．

[2]姜刚，杨志强，黄嫚．小浪底水利枢纽工程三维可视化系统的设计与实现［J］．水力发电，2011，37(9):89-91．