基于倾斜摄影三维模型的内业成图方法研究

基于倾斜摄影三维模型的内业成图方法研究

苏晴

西安天穹勘测信息有限公司 陕西省西安市 710075

摘要：近几年来，倾斜摄影技术得到了迅速发展，其便捷的三维建模形式使其在国际及国内的测绘领域得到了广泛的应用。与传统的航空摄影测量不同，它安装有下视、前视、后视、左视、右视5个不同角度的相机，可以在同一时刻拍下5张不同角度的像片，得到更加丰富的地物信息。在实际生产中利用三维建模软件衍生的根据多角度影像自动批量建模技术，能够大大降低三维城市建模成本，让地形建模更为精确。

关键词：倾斜摄影测量技术; 三维模型; 内业成图

引言

倾斜摄影测量技术是当前测绘领域一项新型技术，它的出现打破了传统航空摄影测量只能从垂直角度拍摄的局限。该技术是基于多角度观测的摄影测量技术，将多台航摄仪或传感器搭载在同一飞行平台上，通过垂直、倾斜等多个方位拍摄获取多角度影像数据，再利用如街景工厂、Skyline、DP－Modeler等建模软件快速建立三维模型，将二维数据处理成符合人眼视觉的三维模型数据。倾斜摄影测量不仅能够展示真实的地物状况，还通过结合GNSS技术，嵌入地理信息、影像信息，展示出丰富的地理信息，提高用户体验的同时降低建模成本，提高三维模型的生产效率。

1倾斜摄影技术简介

传统的倾斜摄影是通过有人机搭载多视角航摄仪进行作业，但是这种设备成本高，对飞行场地等外界环境要求高，不便于大面积的推广应用。随着无人机技术的迅速发展与相机CCD成本的降低、分辨率的提高，加之摄影测量软件算法的不断优化，特别是多视影像密集匹配算法的完善，让倾斜摄影技术设备价格大幅度降低，成为普通测绘单位可以接受的产品。无人机倾斜摄影测量，是指无人机搭载多个非量测数码相机，对地面物体进行多角度摄影航拍，利用专业数据处理软件，加上采集的像控点坐标成果，将航摄影像转为高精度的、具有可量测性的实景三维模型。在建模的过程中，主要涉及的关键环节有空中三角测量和三维模型生产。

2倾斜摄影测量技术原理

无人机倾斜摄影测量技术是近年来遥感测绘领域发展较为迅速的新兴技术之一。通过在同一飞行平台上搭载一组五镜头倾斜相机，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，分为正摄、前视、后视、左视、右视，配合IMU/DGPS获取高精度的姿态和位置信息，通过特定的数据处理软件进行数据处理，将所有影像纳入统一的坐标系统中，获取地面物体更为完整准确的信息。因此与传统测量技术相比，倾斜摄影技术具有高效率、高精度和高性价比，其应用也越来越广泛。

3倾斜摄影建模

倾斜摄影建模是指借助建模软件，通过自动化或半自动化的方式将倾斜影像制作为三维模型，由于影像纹理信息被真实还原，所以该类模型被称为“实景真三维模型”。建模过程中主要包括的关键步骤有：数据预处理、多视角空中三角测量（金字塔创建、特征点检测与提取、特征匹配与自由网平差、像控点转刺与平差）、多视影像密集匹配、多视影像联合平差、稠密点云生成、点云抽稀与不规则三角网构建、白膜生成、纹理映射与格式转换输出。

4基于倾斜摄影的三维建模内业成图方法分析

4.1影像质量检查及控制点分布

无人机低空摄影测量在实际运行过程中同样会受到诸多外界要素的干扰与影响，这些影响要素将会对地形图测绘的精度产生深刻影响，因此，必须采取科学、合理的技术方法予以控制。通过采取影像质量检查及控制点分布方法，可对地形图测绘中的影像色调、饱和度、重叠度、航带弯曲度、云和雾等进行调整优化，并在相关技术规范约束范围内，提升影像质量，使其全面达到内业规范标准。在控制点分布下，无人机应设定既定的航线飞行方向，控制航向重叠度及旁向重叠度。

4.2倾斜影像数据航摄

倾斜摄影测量新型测绘获取外业影像数据，利用空中飞行平台设备搭载专业倾斜摄影测量仪器设备，空中航摄倾斜影像数据，同时获取空间地理位置数据、航摄高度数据、航片航向重叠度、航片旁向重叠度、旋偏角、飞行姿态等相关参数数据，然后基于获取的倾斜航摄影像数据布设像控点，并通过GPS卫星导航定位系统、全站仪等测绘仪器设备，开展外业实地像控点测量，完成前期外业倾斜航空影像获取及相关准备工作。

4.3数据处理

将预处理后的倾斜影像、POS成果、像控成果等数据导入到DP－Smart软件新建工程中进行三维建模。采用多基线特征匹配技术，结合POS数据生成连接点，利用像控点进行区域网平差完成空中三角测量，解算出各影像外方位元素。利用软件提供的并行算法获得高密度的点云数据，构建不规则三角网TIN数据，并生成白模的三维模型。对生成白模的三维模型赋予纹理，由于倾斜摄影能够获取详细准确的影像与地理信息，再加上先进的定位技术所获取的影像都具有精确的坐标信息，通过纹理映射，可自动迅速地将影像纹理贴在相对应的三维模型面上，生成基于影像纹理的高分辨率实景三维模型。

4.4空中三角测量

提交空三任务，利用多视空中三角测量技术和低精度POS，完成复杂关系下的特征点提取与基于POS的平差调整。空三一次性完成，选择坐标系，导入像控点成果并完成像控点的转刺。再次提交平差任务，将虚拟坐标系转到像控点坐标系下，完成带像控点的平差，结合平差报告查验空三成果的可用性，成果可用。空中三角测量涉及到的主要有影像金字塔的创建、特征点的检测与提取、特征点的匹配与调整。

4.5三维模型生产

平差成果精度合格后，开始生产实景三维模型。首先设置成果坐标框架，选择规则平面划分瓦片方式，根据实验电脑内存，设置瓦片大小为150m*150m，约占内存16G，本机电脑内存为32G，可以满足对电脑配置的需要。设置瓦片坐标系原点，用于决定瓦块命名的起点，确保后续生产的瓦片可以放到一起，做到瓦片不重不漏。贴图质量设置为100%，确保生成的模型纹理分辨率最高。在几何简化设置里，选择平面，容差设置改为0，单位为米，这样可以最大程度上保留建筑物的边缘信息，确保采集精度可以更高。选择模型格式为*.OSGB，此格式金字塔层级多，可以更快浏览，加载迅速，且目前大多数采集软件只支持此种格式。坐标原点需要设置为一个指定的数值，这也方便后期接边处模型合并后，相对位置、绝对位置坐标合适。待模型生产完成后，再提交正射影像生产任务，得到正射影像成果。

4.6内业数据处理成图精度分析

内业数据处理的过程也是对无人机低空摄影测量数据进行细化处理的过程，往往需要科学处理理论精度分析与实际精度分析之间的关系，将实际测量获取到的摄影测量数据信息进行加工处理，并与理论精度数据做出纵向比对，若其偏离幅值较大，则应做出相应技术处理，对像点精度进行优化，缩小定向点和检查点的误差。为提升无人机低空摄影测量精度控制效果，必须对地形图测绘区域中的数据信息作出去伪处理，防止数据冗余对成图精度造成的不良影响。此外，根据特定比例尺大小，利用二次多项式曲线数学模型对各高程点进行线性拟合，以强化地形图测绘高程精度。

结束语

对基于倾斜摄影建模的流程进行了说明，并以实际项目为例，对生产流程中的关键环节进行了讲解，利用全站仪采集检测点，对生产的地籍图精度进行了检测与评定，得到基于倾斜摄影可以完成地籍图测绘任务，具有一定的实用性，可为同行从业人员提供有效借鉴。

参考文献

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