倾斜摄影测量中影响模型精度的因素分析

倾斜摄影测量中影响模型精度的因素分析

夏云鹏

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摘要：目前，倾斜摄影测量在全国各地开展得如火如荼，从无人机制造，相机生产、软件研发到数据获取处理，形成了一条完整的生产链。为了能在满足项目精度需求的前期下，以更少的作业人员和更快的作业速度完成项目，研发人员和作业人员都在不断努力，尝试着各种方法希望将倾斜摄影应用到各行各业。但作为测绘产品，几乎所有数据的检查验收都有一项精度指标，精度是否满足要求直接关系到以后的成果应用，利用倾斜摄影生产的三维模型也不例外。本文从模型生产的全阶段分别叙述影响模型精度的因素，以便更好地进行技术设计，保证成果满足项目需求。

关键词：倾斜摄影测量；模型精度；影响因素

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号

1倾斜摄影测量概述

1.1倾斜摄影测量技术

通过在同一飞行平台上搭载5台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜五个不同的角度采集影像，拍摄相片时，同时记录航高，航速，航向和旁向重叠，坐标等参数，然后对倾斜影像进行分析和整理。在一个时段，飞机连续拍摄几组影像重叠的照片，同一地物最多能够在3张相片上被找到，这样内业人员可以比较轻松地进行建筑物结构分析，并且能选择最为清晰的一张照片进行纹理制作。向用户提供真实直观的实景信息。影像数据不仅能够真实地反映地物情况，而且可通过先进的定位技术，嵌入地理信息、影像信息，获得更高的用户体验，极大地拓展遥感影像的应用范围。

1.2倾斜摄影技术特点

1.2.1反映地物真实情况并且能对地物进行量测

倾斜摄影测量所获得三维数据可真实地反映地物的外观、位置、高度等属性，增强了三维数据所带来的真实感，弥补了传统人工模型仿真度低的缺点。增强了倾斜摄影技术的应用。

1.2.2高性价比

倾斜摄影测量数据是带有空间位置信息的可量测的影像数据，能同时输出DSM、DOM、DLG等数据成果。可在满足传统航空摄影测量的同时获得更多的数据。同时使用倾斜影像批量提取及贴纹理的方式，能够有效地降低城市三维建模成本。

1.2.3高效率

倾斜摄影测量技术借助无人机等飞行载体可以快速采集影像数据，实现全自动化的三维建模。实验数据证明:1～2年的中小城市人工建模工作，借助倾斜摄影测量技术只需3～5个月就可完成。

2影响模型精度的因素

2.1航空摄影阶段

航空摄影阶段的任务主要是多视角影像数据和相应位置姿态数据的获取。倾斜相机的选择、航线的规划设计会对后期模型生产的精度产生很大的影响。

2.1.1影像数据的影响

航空摄影测量已经经历了模拟和解析两个阶段，现正处于数字摄影测量阶段，数字航测的一个显著特点是后期内业生产时，主要依靠计算机视觉技术利用已知内外方位元素的数字影像，进行数量巨大的同名像点密集匹配，而倾斜摄影测量更是用到了多视影像密集匹配。影像数据质量的好坏会直接关系到匹配精度，对于后期3D TIN的构建和纹理映射都将会有影响。

影像数据的质量主要为影像色彩的质量。在没有云、雪、雾和天气等自然因素的干扰下，评价一幅影像数据质量的好坏主要看其光谱信息是否获取完整，分解率是否满足要求。这些因素主要依赖于摄影传感器的质量。评价一台传感器质量主要看其设备参数，传感器中CCD或CMOS尺寸越大，像元越大，其感光能力越强，成像效果好，获取的光谱信息越丰富，拍摄的影像数据的色彩也就越自然，分解率也高，但CCD或CMOS尺寸越大，制造工艺也越难，造价也越高。

目前，用于倾斜摄影的设备主要有：需要载人飞机搭载的专业航摄仪，如RCD30、SWDC-5等，其全都基于中画幅相机制造；需要无人机搭载的倾斜相机，如DG3、KQ-CAM5等，均基于小画幅相机制造。所以，在选择倾斜相机时，不能只关注相机像素，需要从传感器的各方面入手，依据项目的需求选择合适的倾斜相机进行作业，使精度和效率均有兼顾。对于各类倾斜相机，在获取目标物影像时，还需要按照要求依据成图比例尺，设计合理的地面分辨率。因后期空三加密中的像点量测、相对定向的精度都直接和地面分辨率有关。

2.1.2 POS数据的影响

POS数据主要包括GNSS位置信息和IMU姿态信息，这两项数据是后期空三加密中，共线方程用到的初始值。精确的POS数据可以在多视影像联合平差中与地面像控一起，保证空三加密求出的外方位元素和加密点解更加严密。而精度较低的POS数据可能达不到预期的效果，而需要更多的像控点测量进行弥补，才能保证最后的成果精度。

目前，市场上主流的倾斜相机基本都具有输出POS数据的能力，但部分设备输的GNSS为伪距单点定位成果。部分设备输出的POS需要利用精密星历解算，精度高于伪距单点定位。部分设备在进行航摄过程中利用PPK技术，在地面架设基站，最后POS输出时进行联合解算，精度高于精密单点定位，但作业半径要小于精密单点定位作业模式。

作业期间，需要根据工程对成果精度的要求、测绘环境的复杂程度综合考虑使用何种POS设备，以便在满足成果精度的前提下，有效降低外业像控测量的工作量。

2.1.3重叠度的影响

数字摄影测量的相关规范中，对重叠度都有相应的要求，保证不能出现绝对漏洞和相对漏洞，同时也保证后期的计算机自动匹配程度和匹配精度。重叠度越大，匹配越容易，前方交会的精度也会提高，对后期模型的平面和高程精度都会有影响。

目前，行业内并没有可以参考的倾斜摄影相关标准。根据已有的航摄规范和作业经验，进行倾斜航空摄影时，航向重叠度一般为80%，旁向重叠度一般为60%～80%，较传统航摄的重叠度要大很多。足够的重叠度可以很好地保证同名像点在多张照片和多个视角上都能体现，防止在各视角影像上同时出现遮挡的情况，为后期的多视影像密集匹配创造更好的条件。

2.2像控布设测量阶段

像控点是后期空三加密中绝对定向的主要依据，只有合理的布设方案和精确的点位测量，才能保证绝对定向的准确性，才能保证空三加密中加密点的准确性。

《低空数字航空摄影测量外业规范》中，像控点的布设需要根据空三加密点的精度，反推航向基线间隔数。目前，虽然倾斜摄影相应规范并没有出台，但像控点的布设依然可以参考该规范进行设计布设，通过不同方案的比对，完成实验测试，保证成果精度满足要求。

依靠现在高精度的网络GNSS-RTK技术，像控点的测量已不同以往，平面位置精度可以很轻易地满足图根控制点的精度，高程需要通过付费解算的方式才能得到满足我国的1985高程基准的成果。但在进行外业测绘的过程中，要保证测量的解状态为固定解。

2.3模型生产阶段

摄影测量技术的实现主要利用透视几何的原理，而光学镜片固有的透视失真，使每个镜头拍摄的照片都不同程度存有畸变，这就造成了成图比例尺与摄影比例尺之比的放大倍率在像片的不同部位不一致，尤以像片视场边缘最为严重。而利用透视几何原理，按照共线方程求解的外方位元素和加密点坐标成果都将受到影响，最后密集匹配形成的TIN和白膜精度也会有所损失。

为消除镜头的畸变，每台倾斜相机出厂均会提供镜头的校检报告，报告中会将每个镜头的内方位元素、径向畸变系数、偏心畸变系数，通过校检场实地校检的方式详细列出。在进行空三加密之前的工程建立时，需要将每个镜头的畸变参数输入软件中并与每张照片相对应，以便后期软件对照片进行校准，减少畸变对模型精度的影响。

3结语

根据上述分析，利用倾斜摄影进行三维模型生产时，需要根据项目的特点和目的，综合考虑相机参数、地面分辨率、POS精度、重叠度、像控点的布设测量、镜头畸变差和软件空三处理能力对模型精度的影响，充分考虑各自的边际效应，合理选择设备和设计各项参数，生产适合项目要求的三维模型，精度高的模型更能为后期的矢量采集提供良好的基础。

参考文献:

［1］王建强，钟春惺，江丽钧，等．基于多视航空影像的城市三维建模方法［J］．测绘科学，2014，39(3):70-73．

［2］黄健，王继．多视角影像自动化实景三维建模的生产与应用［J］．测绘通报，2016(4):75-78．