朱國強,劉 勇,程鵬正

(天津騰云智航科技有限公司，天津 300300)

中海達·開啟智時代

無人機傾斜攝影技術(shù)支持下的三維精細模型制作

朱國強,劉 勇,程鵬正

(天津騰云智航科技有限公司，天津 300300)

隨著傾斜攝影技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外對三維模型的快速制作進行了大量研究，但目前大多仍停留在大范圍較粗糙三維場景的制作上，無法真正做到三維模型的精細化、單體化制作。本文基于中海達無人機搭載傾斜攝影相機快速獲取大范圍、高分辨率的多視影像數(shù)據(jù)，利用DP-Smart軟件快速獲得測區(qū)三維場景，通過DP-Modeler軟件實現(xiàn)單體化精細建模，實現(xiàn)了大范圍三維精細模型的快速制作。

一、中海達無人機傾斜攝影系統(tǒng)

中海達無人機傾斜攝影系統(tǒng)主要包括：iFly D1四旋翼無人機飛行平臺、iCam Q5傾斜攝影相機、后處理軟件系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 無人機傾斜攝影系統(tǒng)

1. iFly D1四旋翼無人機

iFly D1為無人機傾斜攝影技術(shù)提供了低成本、高性能、高穩(wěn)定性的專業(yè)航空攝影飛行平臺。其詳細性能參數(shù)為：起飛重量8 kg,荷載能力3 kg,續(xù)航時間70 min,飛行高度4000 m,垂直起降，地面站系統(tǒng)控制半徑達10 km。

2. iCam Q5專業(yè)傾斜相機

iCam Q5為高分辨率、寬區(qū)域覆蓋的專業(yè)傾斜攝影相機。其性能參數(shù)如下：1.68 kg,總像素大于1億，支持SD卡存儲，分辨率達0.01～0.1 m。

3. 傾斜數(shù)據(jù)處理軟件

傾斜攝影三維自動建模軟件DP-Smart是一套基于空地多源序列影像，全自動生成高分辨率三維模型的自動化建模軟件。該軟件經(jīng)全自動空三解算、密集點云生成、構(gòu)建TIN網(wǎng)、自動紋理映射等步驟，實現(xiàn)三維模型的快速生成。

傾斜攝影三維建模軟件DP-Modeler利用傾斜攝影可實現(xiàn)單張影像測量原理，在垂直影像上獲取頂部結(jié)構(gòu)，在多視傾斜影像上獲取房屋立面結(jié)構(gòu)信息，對其進行推拉、編輯、調(diào)整得到精細的單體化模型。利用傾斜攝影建筑物側(cè)面紋理可采集的特點，實現(xiàn)模型貼圖自動從影像中采集，一鍵完成模型貼圖。

二、基于無人機傾斜攝影技術(shù)的三維重建

1. 技術(shù)流程

總體技術(shù)流程如圖2所示。

圖2 傾斜攝影技術(shù)流程

2. 多視影像數(shù)據(jù)獲取

利用iFly D1四旋翼無人機搭載iCam Q5傾斜攝影相機，在每個相機曝光位置上，同時從多個角度(前、后、左、右、上)采集地面目標影像，獲取地面目標高分辨率多視影像數(shù)據(jù)。如圖3所示。

圖3 傾斜相機多視影像獲取

3. 基于DP-Smart軟件生成三維場景

在獲取測區(qū)地面目標高分辨率多視影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，基于DP-Smart軟件，對多視影像數(shù)據(jù)采用區(qū)域網(wǎng)平差方法進行空三加密計算，恢復影像在拍攝瞬間的空間位置與姿態(tài)；利用多視影像密集匹配技術(shù)獲取影像的同名點坐標，進而獲得對應(yīng)地物高密度的三維點云；基于點云構(gòu)建地物TIN模型，通過配準TIN模型的每一個三角面片與對應(yīng)紋理影像，進行模型自動紋理映射，從而得到三維模型。如圖4所示。

圖4 基于DP-Smart軟件構(gòu)建三維場景流程

基于DP-Smart等軟件可快速自動生成三維場景，但生成的三維模型數(shù)據(jù)具有以下特點：①生成的三維場景是整體性的，不能實現(xiàn)模型的單體化制作，對模型后期應(yīng)用有很大局限；②三維模型數(shù)據(jù)量較大，給三維場景的加載、查看帶來很多不便；③三維模型精度較低，有些模型表面出現(xiàn)一些“漏洞”，有些模型邊緣拉花很嚴重。

4. 精細三維場景生成

以DP-Smart生成的OSG模型作為參考，在此基礎(chǔ)上結(jié)合空地的影像來進行建模，實現(xiàn)基于多幅影像的快速、精確三維建模，達到模型與影像完全套合，使模型具有精確的三維坐標信息，實現(xiàn)模型貼圖自動從影像中采集，一鍵完成模型貼圖。如圖5、圖6所示。

圖5 單體化模型線框模式

圖6 單體化模型顯示

在基于DP-Modeler軟件對三維場景進行單體

化建模后，通過模型踏平、刪除或重建等方式，對原有三維場景進行模型整飾，進而形成可單體化管理的高精度三維場景。

三、試驗與分析

基于無人機傾斜攝影三維重建流程，對某市區(qū)和某園區(qū)進行了三維建模。利用航空攝影測量技術(shù)，經(jīng)過自動空三、密集匹配等，生成了該區(qū)域的DOM。以采集的多視像片作為紋理材質(zhì)，獲得了測區(qū)的三維精細模型，分別如圖7—圖9所示。

圖7 某市區(qū)三維場景重建局部(某小區(qū))

圖8 某園區(qū)三維場景重建

圖9 某市區(qū)三維場景重建

通過試驗可知，在利用iFly D1四旋翼無人機搭載iCam Q5傾斜攝影相機獲取測區(qū)地面目標多視影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用DP-Smart軟件快速獲取測區(qū)三維場景數(shù)據(jù)，然后利用DP-Modeler軟件建立單體化精細模型，可以快速實現(xiàn)三維模型的單體化、精細化制作。

四、結(jié)束語

本文利用中海達iFly D1四旋翼無人機搭載iCam Q5傾斜相機，在對某市區(qū)和某園區(qū)進行了多視影像數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，利用武漢天際航公司軟件處理體系，實現(xiàn)了模型可單體化管理的高精度三維場景。

(本專欄由中海達和本刊編輯部共同主辦)