傾斜攝影調(diào)研技術(shù)總結(jié)201603240001

1、傾斜攝影測量調(diào)研技術(shù)總結(jié)一、傾斜攝影的定義傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)， 通過在同 一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地 面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。這種攝影測量技術(shù)稱為傾斜攝影測量技術(shù)。所獲取 的影像為傾斜影像。傾斜影像具備以下特點：（1）反映地物周邊真實情況相對于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察地物，更加真實 的反映地物的實際情況，極大的彌補了基于正射影像應(yīng)用的不足。（2）傾斜影像可實現(xiàn)單張影像量測通過配套軟件的應(yīng)用，可直接基于成果影像進行包括高度、長度、面 積、角度、坡度等的量測，擴展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。（3）

2、建筑物側(cè)面紋理可采集針對各種三維數(shù)字城市應(yīng)用，利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點，加上 從傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效的降低城市三維建模 成本。（4）易于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布傾斜影像的數(shù)據(jù)格式可采用成熟的技術(shù)快速進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實現(xiàn)共享 應(yīng)用。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正片，鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝獲 取的影像稱為斜片。正片與斜片對比圖二、傾斜攝影技術(shù)的特點（1）真實性傾斜攝影鎮(zhèn)三維數(shù)據(jù)可寫實地反映地物的外觀、位置、高度等屬性，增強 三維數(shù)據(jù)帶來的高沉浸感，彌補了傳統(tǒng)人工建模仿真度低的缺陷。（2）高效率傾斜攝影技術(shù)借助無人機等多種飛行載體， 可快速采集影像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全 自動化三維建模。1-2年

3、的中小城市人工建模工作，借助傾斜適應(yīng)技術(shù)只 需3-5個月時間即可完成。（3）高性價比傾斜適應(yīng)數(shù)據(jù)是帶有空間位置信息的可量測影像數(shù)據(jù)，能同時輸出DSMDOM TDOM DLG等多種成果，可替代傳統(tǒng)航空攝影測量。三、技術(shù)原理傾斜攝影的相機配有多個鏡頭，一般為3個或5個，同步獲取同一地物東南 西北及頂部方向的影像。因此同一地物具有多視角的影像，及詳盡的側(cè)面信息， 而后將這些影像通過區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、多視影像匹配、DSM生成、真正射糾正、三維建模等流程，形成最終產(chǎn)品。航攝飛行及各視角相片示意圖整體流程圖如下:傾斜攝影技術(shù)流程圖四、主要設(shè)備無人機目前傾斜攝影在使用上的趨勢還是以無人機居多， 下圖為此次傾斜

4、攝影巡展 的紅鵬無人機。紅鵬無人機示意圖相機世界上公認(rèn)較早的傾斜攝影相機是 2000年徠卡公司推出的ADS4C三線陣數(shù) 碼相機。此外比較有名的是美國 Pictometry公司和天寶公司的多角度相機。表1典甲多角度相機系純井?dāng)?shù)和特點王要愛斂三線磚陽D三仕色線陣CCD,3*12000推掃式毎檬，前視后視可獲得較好的働斜影 傑1需集我PQS系統(tǒng).WS單機幅面ns奘盤場樣元大小血 口 1焦距心嘰俺角至”臺縣縱慕取垂亙嶽齦悶臺獲舉他斜患 魯1睫知璃光一茯后自動旋轉(zhuǎn)牙葩iSHDC-S甲機師541M2L&1檬元大曲$ Ai焦距口 ipi頓角©r至右自相機撫啾痘直影懺四臺哎舉傾:細(xì)?： 罰

5、集朋SPS和P0EFitterne g單機幅面403*2計Zi像元大小9 4* 焦距6頁味仰角他"至臺椰砲垂直詡8四臺藍(lán)取傾斜彩 偽 產(chǎn)品包含兩級龜像此次參展的紅鵬相機紅鵬傾斜相機示意圖北京總公司有自主研發(fā)的傾斜攝影相機 TOPDC-刑TOPDC-5U參數(shù)如下:TOPDC-豉 術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)光學(xué)鏡頭Schneider咼消色差數(shù)子成像鏡頭焦距（垂直/傾斜）47mm傳感器類型CCD色深16 bit像幅尺寸（垂直/傾斜）9288 X 6000 /7360 X 5562傳感器尺寸（垂直/傾斜）55.7mnrK 36.0mm /44.2mm X 33.4mm像元物理尺寸6卩m相機傾角（傾斜）4

6、5°垂直相機視場角（航向/旁向）42° / 62 °傾斜相機視場角（航向/旁向）23° / 31 °存儲器谷里1.2 TB / 架次取短連續(xù)曝光間隔3.5 s快門類型、曝光時間鏡間中心快門、1/2501/500S （四檔）取大光圈F5.6基高比（窄像對/寬像對）0.3/0.47TOPDC-5U技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)傳感器尺寸（垂直/傾斜）23.4x15.6mm單像元物理尺寸（垂直/傾斜）3.9 ym像幅尺寸（垂直/傾斜）6000x4000最短連續(xù)曝光時間1s曝光時間（快門速度）30-1/4000相機傾斜角度45 o相機視場角度（航向/旁向）52 o/

7、72 o最大光圈F5.6感光度（ISO）自動 ISO100-16000焦距（垂直/傾斜）16mm重量1.8kg自主研發(fā)的T0PDC-5相機五、技術(shù)規(guī)范目前沒有明確針對傾斜攝影的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 行業(yè)內(nèi)一般認(rèn)為遵循傳統(tǒng)航攝 的相關(guān)技術(shù)規(guī)范。像片的獲取滿足相關(guān)航空攝影標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)處理滿足空三、DOM DEM DLG等產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。在北京總公司的試驗和生產(chǎn)實踐中得出如下經(jīng)驗： 影像重疊度（航向、旁向）均在 60%至 80%最小不小于53% （能夠保證下視影 像進行空三即可）；對旋片角可放寬要求，應(yīng)放寬至 35°或抽片后達到常規(guī)航攝 規(guī)范要求即可。六、傾斜攝影測量總體流程數(shù)據(jù)的獲取傾斜攝影技術(shù)不

8、僅在攝影方式上區(qū)別于傳統(tǒng)的垂直航空攝影，其后期數(shù)據(jù)處理及成果也大不相同。傾斜攝影技術(shù)的主要目的是獲取地物多個方位 （尤其是側(cè) 面）的信息并可供用戶多角度瀏覽，實時量測，三維瀏覽等獲取多方面的信息。 傾斜攝影數(shù)據(jù)的獲取是通過不同種類的飛行器，搭載不同型號的傾斜相機來進行 采集從而實現(xiàn)覆蓋高、中、低空的，滿足不同面積、比例尺和分辨率需求的影像 采集。數(shù)據(jù)的獲取系統(tǒng)主要分為三大部分：（1）飛行平臺，小型飛機或者無人機；（2）機組成員和專業(yè)航飛人員或者地面指揮人員（無人機）；（3） 第三部分為儀器部分，傳感器（多頭相機、GPS定位裝置獲取曝光瞬 間的三個線元素x，y，z）和姿態(tài)定位系統(tǒng)（記錄相機曝光瞬

9、間的姿 態(tài)，三個角兀素©、3、K）。傾斜攝影的航線設(shè)計采用TOPPla n等專用航線設(shè)計軟件進行設(shè)計，保證其相 對航高、地面分辨率及物理像元尺寸滿足三角比例關(guān)系。TOPPIan航線設(shè)計示意圖最后通過實施飛行獲取多視影像。數(shù)據(jù)的處理（1）空三加密及真正射影像獲取多視影像后，需要對其進行勻光勻色、幾何校正、空三加密、DSM生成、 真正射影像生產(chǎn)等處理。目前的主流軟件還是用國外的街景工廠（StreetFactory ）等來處理。（2）三維建模傾斜攝影獲取的傾斜影像經(jīng)過影像加工處理，通過專用測繪軟件可以生產(chǎn)傾斜攝 影模型，模型有兩種成果數(shù)據(jù)：一種是單體對象化的模型，一種是非單體化的模 型數(shù)據(jù)

10、。處理流程如下：三維建模流程圖單體化和非單體化三維模型示意圖單體化的模型成果數(shù)據(jù)，利用傾斜影像的豐富可視細(xì)節(jié)，結(jié)合現(xiàn)有的三維線框模 型（或者其他方式生產(chǎn)的白模型），通過紋理映射，生產(chǎn)三維模型，這種工藝流 程生產(chǎn)的模型數(shù)據(jù)是對象化的模型， 單獨的建筑物可以刪除、修改及替換，其紋 理也可以修改，尤其是建筑物底商這種時常變動的信息， 這種模型就能體現(xiàn)出它 的優(yōu)勢，國內(nèi)比較有代表性的公司如天際航、 東方道邇等均可以生產(chǎn)該類型的模 型，并形成了自己獨特的工藝流程。非單體化的模型成果數(shù)據(jù)，后面簡稱傾斜模型，這種模型采用全自動化的生產(chǎn)方 式，模型生產(chǎn)周期短、成本低，獲得傾斜影像后，經(jīng)過勻光勻色等步驟，通過專

11、 業(yè)的自動化建模軟件生產(chǎn)三維模型，這種工藝流程一般會經(jīng)過多視角影像的幾何 校正、聯(lián)合平差等處理流程，可運算生成基于影像的超高密度點云，點云構(gòu)建 TIN模型，并以此生成基于影像紋理的高分辨率傾斜攝影三維模型，因此也具備 傾斜影像的測繪級精度。影像提取的中間數(shù)據(jù)（點云）效果圖，如圖所示：點云構(gòu)TIN示意圖這種全自動化的生產(chǎn)方式大大減少了建模的成本，模型的生產(chǎn)效率大幅提高，大量的自動化模型涌現(xiàn)出來，目前國內(nèi)比較有代表性的技術(shù)有上海埃弗艾代理的（Smart3DCapure、華正及 AirBus 代理的（街景工廠）、PhotoMesh 等。Smart3DCapure軟件基于圖形運算單元GPL的快速三維場

12、景運算軟件，可運算生 成基于真實影像的超高密度點云，它能無需人工干預(yù)地從簡單連續(xù)影像中生成逼 真的三維場景模型，國內(nèi)使用該軟件的公司單位有（廣州紅鵬、上海航遙、四維 數(shù)創(chuàng)、河北測繪院、四川測繪院、湖南第二測繪院等）。像素工廠通過對獲得的 傾斜影像進行幾何處理、多視匹配、三角網(wǎng)構(gòu)建，提取典型地物的紋理特征，并對該紋理進行可視化處理，最終得到三維模型；國外代表性的有蘋果公司收購C3公司采用的自動建模技術(shù)，美國Pictometry公司的Pictometry傾斜影像處理軟件提供了 EFS（ Electronic Field Study ）。無論是單體化的還是非單體化的傾斜攝影模型，在如今的GIS應(yīng)用領(lǐng)

13、域都發(fā)揮了 巨大的作用，真實的空間地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為 GIS行業(yè)提供了更為廣闊的應(yīng)用基石。（3）大比例尺測圖國內(nèi)外已有較多軟件可以針對傾斜攝影測量進行測圖級精度的作業(yè)。如此次參展的武漢天際航公司開發(fā)的 DP-Modeler。它既可通過直接對原始影像交互式重建， 亦可對Mesh模型（街景工廠、Smart3D成果）進行精加工，輸出精細(xì)化的三維 數(shù)字城市產(chǎn)品。通過集成超低空傾斜攝影或手持相機近景拍攝，配合全站儀實測少量控制點，可達到厘米級精度矢量測圖，答復(fù)降低外業(yè)工作強度。DP-Moderler測圖界面數(shù)據(jù)的應(yīng)用在智慧三維城市建設(shè)中，優(yōu)于三維實景更能直觀的展現(xiàn)界面真實環(huán)境信息， 故傾斜攝影三維數(shù)據(jù)可為智

14、慧城市、 規(guī)劃、國土、測繪、軍事、災(zāi)害應(yīng)急、農(nóng)業(yè)、 林業(yè)、水利、旅游、電力、油田等多種行業(yè)提供二三維一體化的數(shù)據(jù)來源，通過 GIS平臺軟件對其進行深度應(yīng)用開發(fā)，為各類行業(yè)用戶提供完整、系統(tǒng)的解決方 案與服務(wù)。例如，此次參展的超圖公司帶來的SuperMap GIS 8c,側(cè)重于強大的GIS分析功能；新興華安提供的智慧管網(wǎng)綜合解決方案；世紀(jì)安圖提供的不動產(chǎn) 統(tǒng)一登記解決方案等等。SuperMap GIS 7c分析功能示意圖新興華安不動產(chǎn)統(tǒng)一登記解決方案平臺七、傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展前景傾斜攝影測量技術(shù)以大范圍、高精度、高清晰度的方式全面感知復(fù)雜場景， 系統(tǒng)具備高性能的協(xié)同并行處理能力，在新一代城市

15、空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中有 著巨大的發(fā)展?jié)摿?。隨著我國城市化進程的快速推進，精細(xì)化的三維城市模型作 為城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和信息化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，得到了日益廣泛的應(yīng)用并逐漸成 為城市空間數(shù)據(jù)框架的重要內(nèi)容。 然而，傳統(tǒng)的航空和衛(wèi)星遙感手段主要針對城 市建筑頂部進行模型重建，而對側(cè)面的三維重建一直缺少有效的解決手段。 傾斜 攝影技術(shù)的發(fā)展，可以有效的解決這一難題，就愛那個靜態(tài)的基于立體相對和點 特征的傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)推向了一個新的高度，即動態(tài)的，基于多視影像和對象 特征的實時攝影測量技術(shù)。這種以“全要素、全紋理”的方式來表達空間，提供 了不需要解析的語義，是物理城市的全息再現(xiàn)，傾斜攝影三維技術(shù)是當(dāng)今三

16、維建 模技術(shù)的主流，也代表著未來的發(fā)展方向。因此，諸如高分辨率DSM逼真的真 正攝影像和精細(xì)的三維城市模型等傾斜攝影測量產(chǎn)品需求尤為迫切。 發(fā)展基于多 平臺、多傳感器的傾斜影像自動化、智能化處理技術(shù)，已經(jīng)成為新一代數(shù)字?jǐn)z影 測量研究的核心主體。八、2016傾斜攝影巡展部分聯(lián)盟成員簡介1、北京紅鵬天灰科技有限責(zé)任公司硬件供應(yīng)商，微型無人機攝影測量系統(tǒng)2、北京超圖軟件股份有限公司軟件供應(yīng)商，Supermap GIS,傾斜攝影三維模型應(yīng)用解決方案，側(cè)重與三維模型的瀏覽，管理，GIS分析功能3、武漢際上導(dǎo)航科技有限公司硬件供應(yīng)商，高精度GNSS6人機定位系統(tǒng)4、北京視寶衛(wèi)星圖像有限公司軟件、產(chǎn)品供應(yīng)，海量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)“像素工廠”，高端傾斜立體攝影測量處理系統(tǒng)“街景工廠”5、北京世紀(jì)安圖數(shù)碼科技發(fā)展有限責(zé)任公司軟件供應(yīng)上，F(xiàn)M科國總代理，格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)整合&北京華泰天宇科技有限公司硬件供應(yīng)商，室內(nèi)外一體化掃描儀，激光點云服務(wù)7、武漢天際航信息科技股份有限公司軟件供應(yīng)商，傾斜攝影精細(xì)化三維建模系統(tǒng) DP-Modeler，三維建模與大比例尺高精度測圖8、北京新興華安測繪有限公司 軟件平臺供應(yīng)，提供深度定制地理信息服務(wù)，側(cè)重于傾斜攝影應(yīng)用 這是一場激動人心的巡展， 可以