傾斜攝影測量在實景三維建模中的關鍵技術研究

傾斜攝影技術是近年來遙感領域中研發的新技術，不僅能夠真實地反映出地理信息，還可通過定位技術、地理信息等，提高航拍影像的處理速度，建立三維模型。而智慧城市的建設過程需要三維模型的支撐，因此將傾斜攝影測量技術應用在智慧城市中具有十分重要的作用。文章重點就傾斜攝影測量在實景三維建模中的關鍵技術進行研究分析，以供參考和借鑒。

三維城市運用描述城市地上景觀的三維模型來表達數字城市空間信息，是表達城市信息的重要載體，對城市規劃、建設、管理和應急響應有著及其重要的作用，三維城市已經展現出其較高的經濟價值和應用潛力。傳統的三維城市模型生產制作是結合遙感影像圖和地形圖，得到精確的、可靠性強的建筑物模型、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，但是對于高精度、高仿真、大區域的建模，傳統方法勢必需要投入更多的作業人員，其建模速度、效率以及時效難以滿足三維城市的應用。

1、傾斜攝影測量概述

1.1 傾斜攝影測量技術

傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發展起來的一項高新技術，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上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜等五個不同的角度采集影像，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界。拍攝相片時同時記錄航高、旁向重疊度、GPS坐標數據等，為后續三維建模的分析整理提供有利條件。

1.2 傾斜攝影技術特點

將無人機傾斜攝影測量技術應用于構建三維城市，具有以下特點：第yi，可操作性強。獲取數據途徑簡便快捷，后續無需作業人員再次現場拍攝；數據處理主要通過計算機軟件解算，自動化程度高；第二，三維模型更接近真實場景。相比于只從垂直角度拍攝的正射影像，大量傾斜影像可提供建筑物多角度紋理信息，補充地物的側面細節，使建模效果符合人眼真實場景，彌補了人工建模仿真度低的缺陷；第三，投入成本低。在相同的拍照時長中獲取五倍數據，大量數據為批量進行特征點提取和同名點匹配提供先決條件，縮短節省建模時間，節約勞動力成本；直接獲取建筑物多面信息，減少航拍次數，降低儀器損耗；第四，具有較大的視場角。增添傾斜角度的航攝相機后，可根據傾斜攝影相機安放角度不同，可適當調節視場角。

2、傾斜攝影測量在實景三維建模中的關鍵技術研究

2.1 試驗區概況

本次試驗位于山西省東南部的某縣城，地處上黨盆地西側，東望太行與長治縣搭界，西枕太岳與沁水、安澤為鄰，南接高平、北毗屯留，地勢西高東低，呈三級階梯狀。該地屬溫帶半濕潤大陸性氣候，氣候溫和，四季分明，年平均氣溫9.2℃。攝區地勢平坦，房屋建筑密集，建筑高度適中，航攝面積約為40.5km2。

2.2 傾斜影像數據獲取

利用北京四維遠見SWDC-5傾斜航攝儀對試驗區進行傾斜攝影，東西向豎直飛行19條航線，設置67×19個曝光點，獲取下視和斜視共計6365張真彩色航空影像以及下視影像原始POS數據。相片航向重疊和旁像重疊為70％，飛機相對航高750m。SWDC-5相機的攝影傾角為450、相幅大小8176×6132、下/斜視焦距為82.1mm/50.7mm，同時在航攝區域內布設了密集的相控點和檢查點，采用WGS-84坐標系，其精度滿足1：1000大比例尺成圖要求。SWDC-5傾斜航攝儀由五臺非量測型的相機集成而成，由于非量測型相機不能提供內方位元素，且在相機安裝調試階段會產生一些殘余相差，這樣會造成較大的光學畸變，所以在航空攝影前需要對相機進行嚴格標定，通過檢校獲取相機內方位元素和各項畸變參數。采用空間后方交會數學模型對非量測相機進行檢校，解求出相機內外方位元素及畸變參數。

由于本試驗采用的是“下視影像POS數據+相機相對位置關系”的方式進行數據導入以恢復傾斜影像粗略的外方位元素，為了獲得下視相機與側視相機之間安裝的相對位置關系，在執行航拍任務前需要在檢校場對傾斜相機進行平臺檢校，同時為了保證傾斜影像外方位元素的精度，在下視影像POS數據導入之前，需利用下視影像、下視相機參數及下視影像粗略外方位元素進行空三解算，以獲取下視影像精確地外方位元素。

2.3實景三維建模

本試驗采用Smart3Dcapture建模軟件進行全自動快速建模生產，其生產流程如下：

2.3.1數據預處理

首先創建photos.csv文件，其中包括傾斜影像數據的存儲路徑及下視影像的POS信息；其次創建cameras.csv文件，該文件記錄每個相機的像素、像幅、焦距、主點、相機旋轉參數方向參數及相機之間相對位置姿態參數等信息，主要用于創建空三工程時設置相機參數；z后根據創建好photos.csv和cameras.csv文件由工具生成block.xml文件，xml文件記錄了工程的影像POS信息和相機參數信息。打開Smart3D Capture Master，導入預先生成的block.xml文件，軟件自動根據block文件創建工程。導入block文件后，檢查影像排序和相機旋轉方向是否正確。

2.3.2空三加密

檢查無誤后，輸入相應的數據參數提交空三工程。Smart3D首先會對五個視角的影像進行大量特征點提取，對獲取的特征點采用多基線多特征匹配技術自動匹配同名點，然后采用光束法區域網平差進行整體平差計算，剔除粗差點。反復進行平差計算、點位調整，直到空三結果滿足要求，輸出空三加密報告，實現多視角影像空三解算，z后得到每張影像精確的外方位元素及消除畸變差的影像，以供后續三維重建使用。

2.3.3三維模型構建

Smart3D系統的三維重建過程是基于瓦片技術，本次試驗把建模區域共分割成為672個300m×300m的“Tile”，將每一個瓦片打包建立成為一個任務，利用消除畸變差的多視影像和空三優化后的高精度外方位元素構建立體像對，采用多視影像密集匹配技術生成地物超高密度三維點云，然后按照設置的優先等級對分割區域內的三維點云構建不同層次細節度的不規則三角網（TIN）模型，通過三角網優化及簡化后生成帶白模的三維模型，然后在經過畸變差改正和勻光勻色處理后的影像上全自動提取位置對應的紋理信息，并將其映射到對應的模型的三角面片上，實現紋理貼附，z終生成紋理清晰逼真的城市三維模型成果。

結束語

綜上所述，利用SWDC-5傾斜航攝儀和Smart3Dcapture建模軟件生成的該縣城的三維模型平面精度較高，從該縣城的三維模型成果展示中可以看出，模型完整，紋理真實，尤其對立面細節上表現良好，能夠將建筑的懸掛及鏤空部分構建出來，真實地反應了地物地貌特征。

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