摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，加速推動(dòng)了我國(guó)數(shù)字化城市的建設(shè)。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)成為當(dāng)前熱門(mén)的城市三維建模研究和應(yīng)用內(nèi)容，極大提升了三維建模的效率，同時(shí)也降低了建模的生產(chǎn)成本。本文以校園實(shí)景三維建模為例，重點(diǎn)介紹傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、控制網(wǎng)布設(shè)及數(shù)據(jù)處理的原理和方法，并對(duì)實(shí)景三維建模技術(shù)流程進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測(cè)量技術(shù);三維建模;空中三角測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）25-0020-03

1 研究背景

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新測(cè)繪技術(shù)，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)攝影傳感器，實(shí)現(xiàn)前、后、左、右、正視等多角度影像數(shù)據(jù)采集任務(wù)，通過(guò)獲取高質(zhì)量影像紋理信息建立實(shí)景三維模型，能直觀(guān)地反映地物的外觀(guān)、位置、高度等屬性，為真實(shí)效果和測(cè)繪精度提供保證。傾斜攝影技術(shù)既能獲取高質(zhì)量的影像紋理信息，真實(shí)地反映地表地物情況，同時(shí)還可通過(guò)先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，建立真實(shí)的實(shí)景三維模型[1，2]。

與傳統(tǒng)手工建模技術(shù)相比，傾斜攝影技術(shù)主要有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：①真實(shí)性，能真實(shí)反映地物目標(biāo)及周邊環(huán)境的形狀、位置及高度等屬性信息;②高效率、低成本，借助無(wú)人機(jī)等多種飛行載體，可以快速采集建筑物影像數(shù)據(jù)，配合傾斜影像批量處理密集匹配及映射紋理，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化三維建模，有效降低了三維建模成本;③高精度、高性?xún)r(jià)比，傾斜攝影獲得的數(shù)據(jù)是具有空間位置信息的可量測(cè)影像數(shù)據(jù)，三維數(shù)據(jù)采用高精度的密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)，保證了數(shù)據(jù)的精度和可靠性，并能同時(shí)輸出多種測(cè)繪成果，供不同行業(yè)參考使用[3-6]。

通過(guò)傾斜攝影技術(shù)建立的三維校園模型，能模擬校園內(nèi)部真實(shí)客觀(guān)的場(chǎng)景，展示學(xué)校的形象和文化，且能通過(guò)三維交互功能實(shí)現(xiàn)自主漫游，使用戶(hù)產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)。同時(shí)，校園三維模型可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)展示校園風(fēng)貌、規(guī)劃管理整個(gè)校園的設(shè)備等[7-9]。

2 基于傾斜攝影技術(shù)的校園三維建模方法

校園三維模型構(gòu)建主要包括傾斜影像數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理及三維模型的構(gòu)建等環(huán)節(jié)，整個(gè)流程如圖1所示。

2.1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理

與傳統(tǒng)航空攝影只從垂直方向獲取地面影像不同，傾斜攝影技術(shù)可同時(shí)從垂直、傾斜等不同角度采集影像，能獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的側(cè)面紋理信息，即一次拍攝同時(shí)獲得五張影像飛行器上搭載的傳感器通過(guò)對(duì)同一地物進(jìn)行連續(xù)拍攝，獲得同一地物不同方向的影像（如圖2所示）。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱(chēng)為正片（一組影像），鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝獲取的影像稱(chēng)為斜片（四組影像）。通過(guò)獲取的多視影像（如圖3所示），利用專(zhuān)業(yè)的三維建模軟件建立三維模型。

2.2 校園三維建模方法

2.2.1 傾斜數(shù)據(jù)獲取。傾斜數(shù)據(jù)獲取主要分為測(cè)區(qū)踏勘、航線(xiàn)設(shè)計(jì)和飛行實(shí)施3個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)踏勘獲取測(cè)區(qū)的地形，并按照成果質(zhì)量要求，設(shè)置飛行航高、重疊度及分辨率等參數(shù)，規(guī)劃航線(xiàn)，最后進(jìn)行航線(xiàn)檢查上傳，并開(kāi)始航攝數(shù)據(jù)獲取任務(wù)。同時(shí)，為獲取高精度的三維模型，需要在測(cè)區(qū)范圍布設(shè)一定量的像控點(diǎn)進(jìn)行約束。對(duì)于像控點(diǎn)的布設(shè)，要根據(jù)目標(biāo)區(qū)域面積，結(jié)合區(qū)域形狀特性及布置原則進(jìn)行綜合取舍。

2.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理。一方面，航攝獲取的POS數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)雖然是一一對(duì)應(yīng)的，但目前的處理軟件無(wú)法自動(dòng)對(duì)其建立映射關(guān)系，因此，需要手動(dòng)將POS數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)按照一定的命名規(guī)則進(jìn)行重命名，進(jìn)而建立二者的映射關(guān)系。此外，在航攝過(guò)程中，受航攝周期、航攝天氣等影響，不同架次的影像在對(duì)比度、色調(diào)及明暗等方面出現(xiàn)明顯差異，因此需要對(duì)影像進(jìn)行勻色、增強(qiáng)等處理。

2.2.3 校園三維模型構(gòu)建。三維模型構(gòu)建主要分為以下兩步：①空三處理：提取多視角影像關(guān)鍵點(diǎn)，建立匹配關(guān)系，并進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差解算出單張影像曝光瞬間的外方位元素;②模型構(gòu)建：構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)TIN，并根據(jù)TIN生成白模，同時(shí)根據(jù)三維模型空間位置信息及空三解算出的影像位置信息，實(shí)現(xiàn)紋理的自動(dòng)映射，最終輸出基于真實(shí)自然紋理的高分辨率實(shí)景三維模型。

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 測(cè)區(qū)概況

選取河南省某校園為試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)地勢(shì)相對(duì)平坦，建筑較多且分布較為規(guī)則，相機(jī)采用ARC524五拼相機(jī)（焦距：正視20mm，側(cè)視35mm;像幅大?。? 000×6 000），設(shè)計(jì)航高150m，航向及旁向重疊度均為80%。航攝計(jì)劃及像控布設(shè)方案如圖4和圖5所示。

從圖6至圖9的三維建模效果圖可以看出，結(jié)合傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建的校園實(shí)景三維模型不僅結(jié)構(gòu)完整，而且細(xì)節(jié)層次清晰，完全滿(mǎn)足三維數(shù)字校園建設(shè)的需要。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合傾斜攝影測(cè)量技術(shù)完成了校園實(shí)景三維的構(gòu)建任務(wù)，體現(xiàn)出傾斜攝影測(cè)量技術(shù)紋理真實(shí)、細(xì)節(jié)清晰等特點(diǎn)，既能直觀(guān)反映校園環(huán)境、校園風(fēng)貌，又能為校園規(guī)劃、設(shè)備管理等決策提供最直接的數(shù)據(jù)支撐。

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