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        傾斜攝影測(cè)量在城市三維建模中的應(yīng)用

        2017-07-09 15:48:49李玖
        科學(xué)與財(cái)富 2016年36期
        關(guān)鍵詞:傾斜攝影測(cè)量

        李玖

        摘 要:城市作為現(xiàn)代文明的中心,逐步成為了社會(huì)變革的主要標(biāo)志。在當(dāng)今城市化進(jìn)程中,城市建筑物的信息的測(cè)量已經(jīng)不滿足于現(xiàn)在落后的、拍攝時(shí)間長(zhǎng)的傳統(tǒng)方式,而是需要通過建設(shè)城市區(qū)域的三維建模,并采用將數(shù)字地面采集技術(shù)和傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)相結(jié)合的傾斜攝影技術(shù),以此對(duì)城市的空間信息進(jìn)行綜合管理和服務(wù),才能夠滿足當(dāng)前城市快速發(fā)展所面臨的應(yīng)用需要。

        關(guān)鍵詞:傳統(tǒng)正射影像;傾斜攝影測(cè)量;城市三維建模

        傾斜攝影測(cè)量技術(shù)作為一個(gè)新興的廣受矚目的技術(shù)方法,不再局限于傳統(tǒng)正射影像的只能從垂直角度拍攝的方式,它通過將多臺(tái)傳感器放置在同一飛行平臺(tái)上,再同時(shí)從垂直、前視、后視、左視、右視等多個(gè)不相同的角度采集影像,從而反映地物更加真實(shí)的實(shí)際情況,并獲取地面建筑物更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息,便于內(nèi)業(yè)人員分析整理數(shù)據(jù),從而極大的補(bǔ)充了傳統(tǒng)攝影影像應(yīng)用的不足,所以在城市三維建模中有廣泛的應(yīng)用前景。但國(guó)內(nèi)的城市三維建模中的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段,需要進(jìn)一步的研究和對(duì)其進(jìn)行近一步推廣。據(jù)此,本文將重點(diǎn)針對(duì)傾斜攝影測(cè)量的相關(guān)技術(shù)和展開相關(guān)的探究工作。

        一、傾斜攝影測(cè)量的相關(guān)技術(shù)

        基于傾斜攝影數(shù)據(jù)的三維測(cè)量技術(shù)主要研究?jī)A斜攝影測(cè)量的基本原理、傾斜攝影測(cè)量的特點(diǎn)、傾斜攝影測(cè)量的相關(guān)技術(shù)等三大部分。

        ⑴傾斜攝影測(cè)量的基本原理。通過將多臺(tái)傳感器放置在同一飛行平臺(tái)上,除了運(yùn)用傳統(tǒng)攝影測(cè)量的垂直角度,傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量被先進(jìn)技術(shù)處理從而制作4D產(chǎn)品外,為了獲取地面上的建筑物的側(cè)面的紋理信息還增加了前視、后視、左視與右視其他四個(gè)不同的角度采集影像,前視、后視、左視與右視四個(gè)傾斜攝影影像,要求采集影像的傾斜角度在15°—45°之間。在一個(gè)時(shí)段內(nèi),為了選擇最清晰的一張制作細(xì)部紋理,內(nèi)業(yè)人員需要連續(xù)拍攝幾組影像重疊的照片,并且在這些相片中都能找到同一建筑物,這樣內(nèi)業(yè)人員可以在最后對(duì)傾斜影像進(jìn)行分析和整理分析。

        ⑵傾斜攝影測(cè)量的特點(diǎn)。特點(diǎn)一:地物周邊情況被真實(shí)的反映出來。傾斜攝影測(cè)量所獲得三維數(shù)據(jù)可真實(shí)地反映地物的外觀、位置、高度等屬性,增強(qiáng)了三維數(shù)據(jù)所帶來的真實(shí)感,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工模型仿真度低的缺點(diǎn)。特點(diǎn)二:?jiǎn)螐堄跋駵y(cè)量可通過傾斜影像實(shí)現(xiàn)。通過使用對(duì)應(yīng)著的應(yīng)用軟件,可直接實(shí)現(xiàn)包括長(zhǎng)度、高度、角度、坡度等的量測(cè),這使得應(yīng)用成果可用在公安、應(yīng)急、測(cè)繪、旅游、環(huán)保等行業(yè)。由此看出傾斜攝影技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用得到廣泛擴(kuò)展。特點(diǎn)三:可采集建筑物側(cè)面的紋理。針對(duì)城市三維建模的各種應(yīng)用,利用傾斜攝影在空間中成圖的規(guī)模巨大的特點(diǎn),利用批量提取的先進(jìn)方式,能夠使城市三維建模的原料利用率大幅提高,減小污染并使成本減少。

        ⑶傾斜攝影測(cè)量的相關(guān)技術(shù)。技術(shù)一:多視影像聯(lián)合平差。多視影像聯(lián)合平差需要將影像間的相互遮擋的關(guān)系的方位元素和空間景物變形充分考慮在內(nèi),為了得到相對(duì)較好的同名點(diǎn)匹配結(jié)果,需要對(duì)各級(jí)影像處理采取由粗到精的方式方法,運(yùn)用自由網(wǎng)光束法和同名點(diǎn)自動(dòng)匹配平差。技術(shù)二:多基元、多視影像匹配。近年來隨著計(jì)算機(jī)視覺的興起,逐漸發(fā)展起來了多基元、多視影像匹配。傾斜攝影測(cè)量的基本要素之一是影像匹配,多視影像又具有分辨率高、拍攝范圍大等特點(diǎn),由此通過搜索多視影像上的特征,地面建筑物的二維數(shù)據(jù)就可以被確定下來,影像的三維特征就可以通過不同視角的二維特征轉(zhuǎn)化出來了。例如:墻面的確定可以先給予一定的權(quán)值,并且將墻面按種類進(jìn)行歸類,要想獲取建筑物的側(cè)面結(jié)構(gòu),再將地面建筑物的各個(gè)墻面進(jìn)行平面掃描和分割,并提取出建筑物屋頂?shù)母叨群洼喞?。技術(shù)三:攝影影像的糾正。首先根據(jù)各影像的方位元素的解算結(jié)果,選擇適當(dāng)?shù)挠跋衿ヅ淠繕?biāo),進(jìn)行密集匹配和特征匹配,為了提高計(jì)算效率也可以引入并行算法。再將不同匹配目標(biāo)進(jìn)行融合,通過進(jìn)行濾波處理,形成統(tǒng)一的DSM。最后根據(jù)攝影圖像顯示的連續(xù)地形和離散的地面建筑物對(duì)象的空間分布和形狀特征,通過輪廓繪制、片面擬合、重建屋頂?shù)确椒ㄖ匦率占畔ⅲ俑鶕?jù)密集匹配和聯(lián)合平差的結(jié)果建立像方和物方的同名對(duì)應(yīng)關(guān)系,繼而建立全局優(yōu)化采樣的糾正。

        二、城市三維模型建立方法

        (一)城市基礎(chǔ)信息搜集

        (1) 數(shù)字線劃圖

        在數(shù)字測(cè)圖中,最為常見的一類就是數(shù)字線劃圖,它較全面地描述了目視效果與地表現(xiàn)象,它有的色彩。數(shù)字線劃圖為了表達(dá)地形及地面建筑物的地理矢量數(shù)據(jù)集,通常是用特定圖形符號(hào)或點(diǎn)、線、面的形式。坐標(biāo)點(diǎn)用來表示在矢量數(shù)據(jù)中的點(diǎn)要素,坐標(biāo)組用來表示線要素;面要素則表示為首尾點(diǎn)重合的一串坐標(biāo)組及相應(yīng)的屬性值,通過地面建筑物的外框和坐標(biāo)等信息可以使內(nèi)業(yè)人員快速生成白模。

        (2) 城市測(cè)區(qū)劃分

        首先收集數(shù)據(jù)與分析資料,再將相似的或相同的模型劃分為一個(gè)測(cè)區(qū),最后將地物的四個(gè)側(cè)面傾斜影像進(jìn)行模型命名和紋理編號(hào),這樣就方便了把相似紋理共享,更有利于項(xiàng)目管理。

        (3) 地物傾斜影像

        地物傾斜影像不僅能夠真實(shí)地反應(yīng)地物情況,而且還通過采用先進(jìn)的定位技術(shù),嵌入精確的地理信息、更豐富的影像信息、更高級(jí)的用戶體驗(yàn),極大地?cái)U(kuò)展了遙感影像的應(yīng)用領(lǐng)域,并使遙感影像的行業(yè)應(yīng)用更加深入。

        (4) 地物屬性表

        地物屬性表能詳細(xì)記錄地物的具體名稱,并對(duì)應(yīng)著模型名稱、坐標(biāo)、紋理編號(hào)、航向重疊、旁向重疊、航速、航高等信息。

        (5) 結(jié)合表

        結(jié)合表記錄了模型名稱,坐標(biāo),編號(hào),紋理等信息,便于查找出某個(gè)模型是由哪個(gè)作業(yè)員制作,哪個(gè)檢查員檢查,它是模型的分圖依據(jù),也方便內(nèi)業(yè)人員對(duì)測(cè)繪項(xiàng)目或工程的管理。

        (二)建筑模型細(xì)部分析

        建筑模型可以直觀的表現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖,彌補(bǔ)圖紙?jiān)诒憩F(xiàn)上的平面性和不生動(dòng)性。它既是設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)過程的一部分,同時(shí)也屬于設(shè)計(jì)的一種表現(xiàn)形式,被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)、房地產(chǎn)開發(fā)、商品房銷售、設(shè)計(jì)投標(biāo)與招商合作等方面。白模在初步具備建筑的外框,高程等信息后,再經(jīng)過內(nèi)業(yè)人員分析傾斜影像的具體細(xì)部,建造出建筑的屋頂,飄窗,老虎窗,觀景臺(tái),陽(yáng)臺(tái),門斗等細(xì)部信息,合成精細(xì)白模。

        (三) 模型紋理制作

        利用傾斜影像和圖像處理軟件,對(duì)地面建筑的精細(xì)白模進(jìn)行紋理制作,由于紋理可以多次變換,因此只制作具有代表性的建筑物紋理即可。內(nèi)業(yè)人員在傾斜影像上找到建筑物的某個(gè)細(xì)節(jié)紋理,通過消失點(diǎn)、變換等方式精確制作建筑物的紋理。

        (四)模型合并

        內(nèi)業(yè)人員通常習(xí)慣將模型調(diào)整為正南正北的方向,并且將模型移動(dòng)到坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)行制作,制作完畢后,再將模型放回原有的位置,通過移動(dòng),法線對(duì)齊,軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)等操作,將模型歸位,并將多人制作的模型統(tǒng)一合并為一個(gè)模型。

        結(jié)束語

        傾斜攝影是近年來興起的航空攝影新技術(shù),是對(duì)傳統(tǒng)正射攝影的革命性突破,因其能夠從中低空采集地表物體的側(cè)面紋理信息,大大提高了快速自動(dòng)建模大面積連續(xù)影像的獲取效率,使得自動(dòng)建模取代造價(jià)不菲、效率低下的人工建模得以迅速推廣。本文講述了傾斜攝影測(cè)量的基本原理、特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)以及傾斜攝影測(cè)量在城市三維建模中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的攝影測(cè)量只能是在垂直方向,而傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了短板。傾斜攝影技術(shù)是對(duì)三維建模和傳統(tǒng)測(cè)繪兩者發(fā)起的革命,全新的技術(shù)或許會(huì)改變今后的行業(yè)發(fā)展。行業(yè)內(nèi)傾斜攝影產(chǎn)業(yè)鏈上下游的各個(gè)企業(yè)對(duì)未來的形勢(shì)極為看好,大力推動(dòng)下的傾斜攝影必然會(huì)得到更多關(guān)注。三維作為二維未來注定的發(fā)展趨勢(shì),傾斜攝影已經(jīng)被擺在一個(gè)歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)的面前,需求帶動(dòng)著技術(shù)的發(fā)展,傾斜攝影擁有著無限的發(fā)展空間。傾斜攝影測(cè)量在城市三維建模中的應(yīng)用成果已得到了應(yīng)用驗(yàn)證,獲得了用戶的好評(píng)。而且其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著,并具有重要的示范作用和推廣價(jià)值。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張?jiān)虑?航空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2014,(14).

        [2]閆紅蕊.淺談我國(guó)航空攝影測(cè)量發(fā)展現(xiàn)狀[J].商品與質(zhì)量:房地產(chǎn)研究,2014,(29).

        [3]朱振棟.環(huán)保彈射模型紙飛機(jī)[J].航空模型,2014,(6).

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