無人機(jī)傾斜攝影在實(shí)景三維建模中的應(yīng)用

1、無人機(jī)傾斜攝影在實(shí)景三維建模中的應(yīng)用摘要：傾斜攝影技術(shù)是國際測(cè)繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，它顛覆 了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳 感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜等五個(gè)不同的角度采集影像，將用戶引入了符 合人眼視覺的真實(shí)直觀世界。隨著該技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)實(shí)景三維模型的分辨率、 材質(zhì)顏色、清晰度提出了更高的要求，這就促使飛行載具高度不斷降低，期間催 生出動(dòng)力三角翼、多旋翼無人機(jī)等多種中低空傾斜攝影數(shù)據(jù)采集方案。本文對(duì)無 人機(jī)傾斜攝影在實(shí)景三維建模中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，以供參考。關(guān)鍵詞：無人機(jī)；傾斜攝影；實(shí)景測(cè)量；三維建模；應(yīng)用引言三維城市運(yùn)用描述城市

2、地上景觀的三維模型來表達(dá)數(shù)字城市空間信息，是表 達(dá)城市信息的重要載體，對(duì)城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和應(yīng)急響應(yīng)有著及其重要的作 用，三維城市已經(jīng)展現(xiàn)出其較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用潛力。傳統(tǒng)的三維城市模型生 產(chǎn)制作是結(jié)合遙感影像圖和地形圖，得到精確可靠的建筑物模型、道路模型及其 他景觀小品模型，將組成城市要件的各類三維模型集成為三維城市場景，這種方 法適合于普通精度的三維城市建模，但是對(duì)于高精度、高仿真、大區(qū)域的建模， 傳統(tǒng)方法勢(shì)必需要投入更多的作業(yè)人員，其建模速度、效率以及時(shí)效難以滿足三 維城市的應(yīng)用。三維城市建模也可以利用三維激光掃描獲取地面三維幾何數(shù)據(jù)， 運(yùn)用激光測(cè)距原理快速建立物體三維模型，但是該方法

3、不能解決紋理數(shù)據(jù)獲取和 處理的問題，紋理貼圖依然需要依靠大量人機(jī)交互來完成，無法進(jìn)一步提升城市 三維建模質(zhì)量。1傾斜攝影測(cè)量概述1.1傾斜攝影測(cè)量概念傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來國際測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，它顛覆了 過去正向攝影從垂直角度拍攝的局限性，而是在同一臺(tái)飛行器上搭載多臺(tái)傳感器， 從五個(gè)或者更多個(gè)角度采集地面信息圖像，從而給用戶營造真實(shí)的視覺體驗(yàn)。1.2傾斜攝影測(cè)量特點(diǎn)傾斜攝影測(cè)量具有以下特點(diǎn)：第一，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)單張攝影量 測(cè)。通過傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和配套的軟件，能夠?qū)z影影像的高度、長度、面積、 角度和坡度等進(jìn)行量測(cè)；第二，能夠真實(shí)反映周圍物體的真實(shí)情況。與正射影像 相比

4、，傾斜攝影讓人從多個(gè)角度去觀察事物，能更加真實(shí)地反映出事物的實(shí)際情 況，從而彌補(bǔ)正射影像的局限性；第三，可采集建筑物側(cè)面信息。在三維數(shù)字城 市應(yīng)用中，利用傾斜攝影技術(shù)大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，從傾斜攝影批量提取相關(guān)紋理 信息，降低了城市三維建模的成本。將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在城市規(guī)劃、城市 管理、軍事活動(dòng)等領(lǐng)域，具有其他數(shù)據(jù)無法取代的值。傾斜攝影測(cè)量能夠讓指揮 者和決策者看到比正射影像更多的影像資料，比如傾斜影像測(cè)量能夠看到房屋一 些側(cè)面的安全出口，傾斜影像任意兩點(diǎn)之間都可以通過軟件進(jìn)行精確的計(jì)算，在 城市反恐活動(dòng)中，能夠計(jì)算通視距離，在解救人質(zhì)等緊急行動(dòng)中，能更好地輔助 決策。2基于無人機(jī)數(shù)據(jù)的三維

5、建模流程本研究采用的建模工具是街景工廠軟件，該軟件特點(diǎn)是模型成果精度高，所 以對(duì)航飛數(shù)據(jù)的要求也較嚴(yán)格，需要每張傾斜影像都具有較精確的pos信息。由 于無人機(jī)的飛行姿態(tài)不穩(wěn)定，機(jī)體載重又不允許攜帶高精度pos設(shè)備，往往不具有準(zhǔn)確的姿態(tài)信息，甚至僅有影像。因此，需要在第三方軟件，如Inpho等。2.1航飛數(shù)據(jù)整理第一，影像數(shù)據(jù)整理。檢查影像資料的完整性與可靠性，五鏡頭數(shù)據(jù)應(yīng)按照 前視、后視、左視、右視、下視分類存放，各文件夾內(nèi)影像數(shù)量一致，如有多片 或少片，應(yīng)及時(shí)檢查文件命名，刪除錯(cuò)誤像片，最后檢查文件拷貝時(shí)間，如無時(shí) 間跳躍值出現(xiàn)，表明數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完整；第二，姿態(tài)信息整理。使用Map Source

6、打開 gdb文件，即可看到飛行坐標(biāo)信息，將其按照xyz格式輸出為txt文件，在Arc GIS 軟件中進(jìn)行展點(diǎn)，選取作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)的有效點(diǎn)，與下視影像進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)，最后 合并轉(zhuǎn)角信息初步制作EO文件。2.2第三方軟件空三匹配將EO文件與影像直接導(dǎo)入街景工廠進(jìn)行空三匹配，產(chǎn)生較多錯(cuò)點(diǎn)，優(yōu)化后 不能有效糾正空三網(wǎng)。經(jīng)試驗(yàn)可先將下視影像導(dǎo)入Inpho5.5進(jìn)行自動(dòng)糾正，得到 較高精度的EO信息。在Inpho軟件中新建處理工程，選擇Edit Camera編輯相機(jī) 參數(shù)，填入影像分辨率、焦距、像元尺寸等參數(shù)，之后在Frame Photo Importer 中導(dǎo)入下視影像，下一步點(diǎn)擊GNSS/IMU Impo

7、rter導(dǎo)入粗精度EO信息。接下來的 影像處理選擇AIO,開始建立金字塔影像，自動(dòng)采集連接點(diǎn)，采集結(jié)束后會(huì)列出 所有圖像的類型和狀態(tài)。此時(shí)主要查看道路、十字路口、綠化地塊等地點(diǎn)的接邊 情況，這些地區(qū)高程較低，匹配效果較好。如果效果不理想，重新執(zhí)行AIO反復(fù) 優(yōu)化，直到下視影像中的建筑、地物視覺上看起來形成一張圖的效果，即可導(dǎo)出 EO信息，此時(shí)的EO文件已完成影像的畸變差修正，可以導(dǎo)入街景工廠進(jìn)行建模。2.3導(dǎo)入街景工廠建模街景工廠作為實(shí)景三維建模軟件，最大的特點(diǎn)是可進(jìn)行空三細(xì)節(jié)調(diào)整，使模 型成果的精度保持在較高的水平。將經(jīng)過畸變差修正的EO成果導(dǎo)入街景工廠中， 手動(dòng)匹配連接點(diǎn)，原則是每張相片中

8、匹配50個(gè)點(diǎn)，街景工廠中的連接點(diǎn)匹配結(jié) 果如圖1所示。圖1街景工廠連接點(diǎn)匹配結(jié)果3無人機(jī)傾斜攝影在實(shí)景三維建模中的應(yīng)用利用上述基于無人機(jī)數(shù)據(jù)的三維建模方法，在城市進(jìn)行建模的實(shí)踐和驗(yàn)證。 在某地歷史街區(qū)與建筑保護(hù)項(xiàng)目中，利用無人機(jī)對(duì)中央商務(wù)區(qū)核心區(qū)3.46km2區(qū) 域進(jìn)行了十字交叉航線法區(qū)域傾斜影像采集。通過傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行初始三 維建模，并對(duì)區(qū)域內(nèi)29處重點(diǎn)保護(hù)建筑進(jìn)行了三維精細(xì)化建模，利用無人機(jī)低 空靈活飛行的特點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)建模無法收集目標(biāo)物頂部及上部紋理和形態(tài)數(shù)據(jù) 的缺陷，同時(shí)高質(zhì)量獲取側(cè)面紋理和數(shù)據(jù)來輔助精細(xì)建模，將傳統(tǒng)方法與無人機(jī) 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，利用傳統(tǒng)方法對(duì)重點(diǎn)保護(hù)建

9、筑進(jìn)行側(cè)面精細(xì)建模，利 用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)頂面進(jìn)行建模，兩手段相結(jié)合，完成重點(diǎn)保護(hù)建筑 的精細(xì)建模。對(duì)模型局部缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，將重點(diǎn)保護(hù)29處建筑模型在傾斜攝影 初始三維模型中進(jìn)行逐一替換，并進(jìn)行模型的一體化集成。該項(xiàng)目結(jié)合無人機(jī)傾 斜攝影測(cè)量技術(shù)和傳統(tǒng)建模技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，利用無人機(jī)低空飛行采集目標(biāo)物頂部高 清序列影像，解決了傾斜攝影實(shí)景模型細(xì)節(jié)補(bǔ)充和精細(xì)建模的問題，豐富了建模 數(shù)據(jù)采集的手段，滿足了項(xiàng)目對(duì)各類數(shù)據(jù)精度的需求。結(jié)束語綜上所述，當(dāng)下無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的測(cè)繪作業(yè)方 式，大幅度提升測(cè)繪行業(yè)的作業(yè)效率。更多、更好、更豐富、更精確的城市三維 模型產(chǎn)品和服務(wù)的不斷涌現(xiàn)，必將為我國更有效率的應(yīng)用土地資源、優(yōu)化國土空間、建設(shè)美麗中國而增磚添瓦。參考文獻(xiàn)：孫運(yùn)豪，高洪，胡朵朵，黃文麗，袁y蒙茜.無人機(jī)傾斜