Pictometry倾斜摄影技术及其在三维城市建模中的实施与应用

Pictometry倾斜摄影技术及其在三维城市建模中的实施与应用

金德喜

合肥安普诺科技有限公司 安徽省合肥市 230000

摘要：航空倾斜摄影技术在提供真实度极高的地物信息的基础上，还能够在定位技术的有力支持下，提供精准的地理信息以及其他影像相关信息。本文主要针对Pictometry公司开发的航空倾斜摄影技术在建设三维城市模型中的应用情况展开研究，分析了该摄影技术的应用原理与优势特点，强调了模型改善、影像选择以及添加建筑纹理的重点事项，以此为城市建模工作提供参考思路。

关键词：Pictometry倾斜摄影技术；三维城市建模；应用

数字化摄影测量技术不断发展进步，其在三维城市模型建设中的作用也在随之持续增强，当前已经可以以半自动化或者全自动化的方式来借助影像数据以及其他辅助性数据来对三维城市模型进行构建。建模与为建筑物增添纹理信息是最为关键的工作，航空倾斜摄影技术能够充分保障建模效果的真实性，同时还能够借助优越的定位技术来保障地理信息的准确性。现对Pictometry倾斜摄影技术以及实际应用情况展开探讨。

1Pictonmetry倾斜摄影技术

1.1技术原理

倾斜摄影技术属于测绘领域中的高新技术手段，其对正射影像技术在拍摄角度方面的限制进行突破，将数台传感器装置安装到同一个飞行平台中，可以从包括垂直角度在内的多种不同角度获取影像信息[1]。该倾斜摄影系统中有5个用于拍摄的照相机，其中一部照相机能够对底部区域影像进行获取，剩余的照相机则从东、西、南、北四个不同的方向拍摄倾斜影像。因此该摄影系统能够提供两种不同级别与类型的影像，除了以往的垂直向下方向的影像之外，还能够拍摄到倾角范围在40°到60°间的倾斜化影像。

1.2技术特点

其一，可以对地物周边的实际状况进行有效反映。确保用户能够借助多种不同的角度来对地物进行观察，以此来弥补传统正射影像存在的技术缺陷。其二，能够满足量测单张影像的需求。该摄影系统在配套软件的支持下，可支持使用者利用拍摄到的成果影像来量测地物的坡度、角度、面积、长度及高度等数据，以此使倾斜摄影技术的应用范围得到拓展。其三，可采集拍摄范围内的建筑的侧面纹理。在三维数字城市的技术基础上，凭借航空摄影所具有的成图规模较大的特点，测量人员可通过倾斜摄影技术来大批量地获取建筑侧面纹理，以较低的成本完成建设三维城市模型的任务。其四，数据量相对偏小。三维GIS技术也能够支持三维城市建模工作，但是其形成的三维数据极为庞大。而倾斜摄影技术提供的数据量更小，有助于快速进行网络发布，进而实现对建模信息的分享及应用。

2Pictonmetry倾斜摄影技术在三维城市建模中的实施与应用

2.1改善三维城市模型

建设三维城市模型时，可借助航空影像数据，也可利用LiDAR数据来实现。若依托航空影像数据来对城市模型进行自动提取，需要有影像匹配技术的支持，以此才能够获得目标范围内的建筑物对应的三维信息[2]。但若发生阴影或者影像遮盖的情况，就难以获得成功的匹配结果。当前的LiDAR系统可实现数次接收波的使用功能，同时还可直接穿透植被等地物。工作人员分析回波信息，并结合多次回波信息内容，就能够削弱遮盖影像等问题给建模带来的负面影响。直接对首次回波信息与末次回波信息就能够实现对城市建筑物的有效提取。

通过LIADR数据直接提取出的三维模型数据在准确度上还存在一定的欠缺之处。影响模型准确性的因素包括线提取算法、扫描角度以及点间隔等。因此在完成初步数据提取工作之后，必须通过可行的措施来改善模型，以此才能够提高三维城市模型的建设质量。在实际操作时，应当将建筑模型直接投影到垂直影像中，三角地面控制点处于影像之中。以屋檐边缘为例，提取的数据和投影处理之后的边缘数据之间的差异能够被控制到几个像素之内。为了对以自动化的方式提取的三维模型进行纠正，可选用仿射转换技术，借助提取边缘与投影边缘之间的细微差距即可评估出转换参数。

2.2合理选用倾斜影像

在影像重叠度因素的影响下，同一个建筑可能会同时存在于多张不同的倾斜影像中。可对影像进行筛选，选出其中建筑侧面纹理效果最好的影像进行运用。具体进行评分与选择时，可根据建筑表面中心与倾斜照相机中心间的连线和表面中心在通常视角间形成的夹角来进行判断，进而选出评分最高的影像。考虑到该倾斜影像技术是从某一特定视角来获取影像，因此不应选择通常视角，在选择参考线时，应当在穿越通常视角的前提下，选择垂直飞机之下的特定倾角的连接线，再根据参考线与建筑表面中心与倾斜相机中心之间的连线间夹角来完成评分。另外还需针对建筑之间的遮挡问题展开可视性分析。

2.3正确添加纹理

纹理信息在建设三维城市模型的工作中有着至关重要的影响，提取到的纹理质量与最终的城市建模效果有着直接的关系。倾斜摄影技术下的航拍影像涵盖地物轮廓信息、侧面以及顶部纹理，同时还能够提供与地物一一对应的几何信息，在这些信息的支持下，能够测量地面范围内的任意地物之间间隔的距离、周长、面积以及三维坐标等相关数据信息。获取纹理信息时，主要采用航空航天遥感测量技术，当前应用得较多的主要为航空航天倾斜测量摄影技术，测量系统的构成部分包括地面设备、传输系统、地面监控系统以及飞行控制系统。工作人员需要预先对无人机设备的具体飞行行高与路线进行规划，确保其能够按照预设路线完成飞行拍摄任务，而后再对影像数据进行传输，在内业整理环节分析影像数据是否达到标准，若数据质量不达标，则需要再次进行飞行拍摄。

选出最为合适的倾斜影像之后，需要继续筛选影像，再将其添加到建筑物表面上。在此过程中，必须确保影像能够符合相互匹配的要求，因此在将建筑表面投影至倾斜影像后，确认其和建筑边缘是否能够实现完全吻合[3]。投影之后，倾斜影像边缘与建筑边缘应当能够完全重合，其中倾斜影像上还存在一定的外方位元素。在借助GPS/IMU数据对影像上的各个外方位元素进行分析与解算时，常常会出现影像与投影上建筑边缘不吻合的情况。基于保障三维城市模型精确度的需求，必须要提升影像中各个外方位元素的精度水平，在常规情况中，可采用自动化空三解算法。考虑到空三软件在应对倾斜影像上存在局限性，可选择最小二乘法，利用倾斜影像与对应投影在建筑边缘上的差异来对外方位元素进行调整。所选的观测值为边缘中点三维坐标的y坐标与x坐标的差值，公式的未知值为外方位元素对应的改正数值。

△xi=x’i-xi

△yi=y’i-yi

其中建筑的倾斜影像上第i个终点的三角坐标为（xi,yi）；对应建筑投影的终点坐标为（x’i，y’i）。

解算出的数可作为粗略值，再借助最小二乘法即可将该正值求解出来，以此能够获得更加精准的外方位元素，以此可完成添加建筑侧面纹理的任务。

3结论

Pictometry倾斜摄影技术能够同时提供倾斜影像与常规垂直影像，其中倾斜影像可以满足当前的城市建模需求，垂直影像则能够在制作数字化正射影像图等制图环节发挥作用。在运用这种倾斜摄影技术时，应重视模型效果改善、影像筛选以及纹理添加等工作内容，以此来通过建模支持城市规划及后续管理活动。

参考文献

[1]于建萍.无人机倾斜摄影技术在三维城市建模中的应用[J].智能城市,2019,5(11):66-67.

[2]陈曼曼,王联友,章达成.三维城市建模中的无人机倾斜摄影技术应用[J].测绘与空间地理信息,2022,45(07):239-240+244.

[3]康锋,史凌亚.倾斜摄影技术在城市三维建模中的应用探讨[J].单片机与嵌入式系统应用,2020,20(02):40-42.