倾斜摄影测量在三维建模中的应用探讨

倾斜摄影测量在三维建模中的应用探讨

覃永生

身份证号：654324198101240037 四川成都610036

摘要：近年来，伴随着“数字城市”的建设与发展，实景三维模型作为其重要的基础数据载体得到了越来越广泛的应用。如何高效构建城市实景三维模型成为当前重点研究方向。传统的三维建模方法主要有三种:基于二维矢量数据、基于摄影测量技术以及基于三维激光扫描技术，但这些方法存在数据量大、作业周期长、建模效率低等缺点，且无法还原真实场景。倾斜摄影测量技术的出现改变了这一现状，它通过飞行平台搭载的五镜头相机，能够快速高效的采集地物多角度纹理信息，将地物特征真实立体还原，具有获取数据简单、建模效率快、真实感强等优势。基于此，对倾斜摄影测量在三维建模中的应用进行研究，以供参考。

关键词：倾斜摄影测量;三维建模;技术应用

引言

城市的建设离不开规划，规划过程中对城市地形地貌进行三维建模一直是重要的研究项目。由于传统的三维建模技术成本很高，因此，从低空遥感无人机航测技术改进而来的无人机倾斜摄影的重要性得到凸显。无人机测量成本相对较低，且它的多个传感器共同形成的三维数据解决了建模过程中的难题，成为城市规划中实现三维建模的重要手段。

1无人机倾斜摄影测量技术原理

对无人机航测技术、摄影技术以及数据处理技术的结合与应用是在2010年被引入我国并逐渐发扬光大的。倾斜摄影技术是在无人机低空遥感技术的基础上改良而来的，这两种技术下的无人机都不会进行超高空作业，毕竟以无人机的质量，在面对高空的低温和乱流时都有可能直接导致设备损坏。虽然有一定的局限性，但不可否认的是，无人机倾斜摄影技术融合了常规航测和低空航测的优势，且相比二者又有了技术方面的创新。倾斜摄影指的是在无人机上搭载具有多个传感器的多头摄像机，一个正射摄像头搭配4个倾斜的摄像头，从而提升测量效果。垂直摄像头和常规航测摄像头一样用于4D摄影，而另外4个倾斜摄像头则着重捕捉地面纹理，利用多个摄像头之间的对比和结合，可以对地面纹理和起伏物的高度等都有比较精准的测量。无人机倾斜摄影测量了远远超过传统航测的信息精准度，全面提升了城市规划过程中三维建模的实用性。

2无人机倾斜摄影硬件选择

2.1飞行设备选择

目前，市场上无人机的种类繁多，按照动力系统可以区分为内燃机动力和电池动力，从飞行实现方式上可以区分为固定翼和旋翼（单旋翼、多旋翼）。由于飞行平台自身的振动问题，在成像质量上电池动力优于内燃机动力；在作业效率和续航时间上，固定翼优于旋翼；在飞行稳定性上，旋翼优于固定翼。由于无人机用途不同，其性能标准也不一样。测绘型无人机对飞行标准要求更高，可以在载重、巡航速度、实用升限、续航时间、安全性和抗风等级等方面作出限定。

2.2倾斜摄影测量相机选择要求

在CH/Z3005—2010《低空数字航空摄影规范》中，对测绘航空摄影也就是垂直摄影的相片倾角作出了规定，要求倾角不大于5°，最大不超过12°，旋转角要控制在15°范围内，最大不超过30°。现有的航测软件处理能力已经有了很大提升，可以在这个标准的基础上，把倾角15°以上的都划归到倾斜摄影的范畴。倾斜摄影发展到今天，倾斜相机不再限定相机镜头的数量。倾斜相机的关键技术指标是获取不同角度影像的能力和单架次作业的广度和深度。这包括五镜头、三镜头、双镜头等多镜头相机及可以调整相机拍摄角度的单相机系统。在无人机航测标准中，要求航测相机像素不低于3500万，在倾斜摄影中可以不对单一相机的像素进行限定，而对一次曝光获取的影像像素进行控制。倾斜相机的性能要求可以从获取影像能力、作业时间、曝光功能、续航时间、POS记录功能等方面作出限定，表现在以下几个方面：①倾斜摄影一次曝光采集的像素越高越好，单个镜头不低2000万像素，一次曝光不低于1亿像素；②作业时间至少能达到90min，最好具备全天候的作业能力；③选择定焦镜头，具有定点曝光功能，且对焦无限远，确保影像重叠度满足要求。

3倾斜摄影测量在三维建模中的应用

3.1无人机空中三角测量点的加密方式

在使用无人机搭载的5摄像头相机进行测量的时候，摄像系统会对数据进行自动加密，之所以将这种测量方式称之为三角测量点，是因为摄像过程中的投影中心点、地面点以及像点三者之间构成了三角形，以这3个点连接而成的线条构成了封闭三角形，每张单独提取出的像片都是一个解算单元。每个像片之间会存在公共点，在公共点和野外控制点的共同参照下，将所有像片中的光束都连接在一起，随后进行整体平差并加密坐标，这就是无人机空中三角测量点的主要加密方式。在需要使用坐标的时候，根据不同像点的观测值得到与之对应的误差方程，然后利用最小二乘法解方程进行平差，最终在每个像片中获取的不同的6个待定参数就是使用者需要的坐标。

3.2多视角影像空中三角测量。首先从多视角影像中提取特征点，采用多视密集匹配技术将特征点中的同名点进行配准，通过光束法区域网平差、影像畸变改正后，计算出每张影像精确的外方位元素。

3.3三维重建和纹理映射

利用多视影像提取的同名点坐标，生成地物高密度高精度的三维点云数据，对点云数据构建不规则三角网，形成TIN模型，并生成白膜模型。将纹理影像与TIN模型进行配准，生成实景三维模型成果。

3.4建筑模型制作

①地面纹理贴图，在重点的沿街区域或商业建筑区，为更好地展示沿街景观，利用地面补拍影像依照倾斜影像反映的建筑底部细节表现来替换原有的倾斜影像纹理。②底部结构细化，地面影像贴图作业后，底部结构仍不足以表现建筑细节，需进一步对建筑底部进行细化作业。细化作业通常采用3dsMax中的多边形修改工具，根据底部贴图表现的建筑结构关系，利用模型表现底层建筑的门厅、廊檐、玻璃雨棚、阶梯等建筑的进退关系。建筑底层结构细化时需考虑与上层的衔接，重点建筑需注意建筑与地形的过渡问题。③广告牌制作，一楼底商（商业门面）与主体建筑之间的分界线，应与广告牌顶部齐平，若在建筑的转角处有明显的楼层分界线或贴图间不衔接的问题，可通过调节广告牌大小与高度来遮盖接缝的过渡问题。与建筑物底商（商业门面）tga格式。③影像拼合，修整后的影像只是建筑物底商（商业门面）或底部结构的部分纹理，单独进行贴图作业无法对纹理进行精确定位，通常需对修整后的影像进行拼合，得到与模型表面尺寸对应的整体纹理，进行统一贴图，为模型的细化提供位置支持。影像位置匹配正确后，不能立即进行图层合并，应统一对同一模型面的纹理进行调色，保证同一模型表面色彩协调，光影关系正确；且需要调整地面影像纹理与倾斜影像纹理，确保两种影像纹理色调协调，影像间过渡自然。

结束语

近年来，随着智能制造与人工智能技术的不断进步，国内以大疆无人机为代表的无人机产业得到了快速发展，并在国土资源管理、房产税收、人口统计、数字城市、城市管理、应急指挥、灾害评估和环保监测等领域被广泛应用。无人机控制技术、数码航摄技术及影像处理技术的不断成熟，有效克服了传统摄影测量的技术困难，成功解决了传统测绘劳动强度大、成本高的问题，无人机航测系统成为继全站仪、RTK（实时动态定位）后新一代的测绘技术装备。基于无人机航测及倾斜摄影技术生产的4D产品[1]和实景三维模型已被广泛应用于国民经济建设的各个领域。

参考文献

[1]成枢,程旭明,桑泽磊,邓尚奇.倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用[J].新型工业化,2021,11(08):81-82.

[2]叶思远.旋翼无人机倾斜摄影测量技术在三维实景建模中的应用[J].测绘与空间地理信息,2021,44(01):222-224.

[3]罗小孟,周宇文.倾斜摄影测量在三维建模中的应用探究[J].智能城市,2020,6(14):53-54.

[4]原明超,仇俊.无人机倾斜摄影测量在三维模型测图中的应用[J].测绘通报,2020(07):116-119+142.

[5]袁成成.倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用[J].住宅与房地产,2020(15):272.