唐艷華

摘 要：伴隨我國(guó)城鄉(xiāng)及工農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域建設(shè)用地規(guī)模的越來(lái)越大，對(duì)于土地的規(guī)劃管理范圍也在逐漸增大。為了快速便捷高精度地獲取地理數(shù)據(jù)信息資料，就需要采用無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)，基于它所拍攝的圖像進(jìn)行專業(yè)化數(shù)據(jù)處理，最終實(shí)現(xiàn)三維建模。本文簡(jiǎn)要論述了無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在室外場(chǎng)景環(huán)境中的三維建模技術(shù)流程與拍攝圖像處理方法。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)航拍技術(shù) 三維建模 室外場(chǎng)景 技術(shù)處理

中圖分類號(hào)：P23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（c）-0153-02

當(dāng)前許多土地規(guī)劃工作中的三維建模都是以無(wú)人機(jī)航拍圖像數(shù)據(jù)作為主要依據(jù)的，它通過(guò)多種數(shù)據(jù)處理手段配合計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)完成對(duì)現(xiàn)實(shí)生活場(chǎng)景的抽象模擬化構(gòu)建，形成數(shù)學(xué)三維模型，而無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)則為模型提供最為真實(shí)、詳盡的信息資料。

1 利用無(wú)人機(jī)航拍圖像構(gòu)建室外場(chǎng)景三維建模的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

利用無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)所獲得的圖像數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建室外場(chǎng)景三維建模模型，它能夠滿足人們對(duì)于大規(guī)模土地規(guī)劃或局部細(xì)節(jié)規(guī)劃的現(xiàn)實(shí)要求，而且使用無(wú)人機(jī)機(jī)身相對(duì)較輕、對(duì)場(chǎng)地要求不高，也規(guī)避了真人真機(jī)航拍所帶來(lái)的巨大成本支出與技術(shù)人員的高空作業(yè)危險(xiǎn)因素。從整體來(lái)看，無(wú)人機(jī)航拍圖像更強(qiáng)調(diào)對(duì)室外場(chǎng)景三維重建新型技術(shù)體系的一體化構(gòu)建，例如配合航拍技術(shù)、航空遙感技術(shù)、影響傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及幾何視圖分析技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)有效處理過(guò)程，滿足最終土地規(guī)劃要求，體現(xiàn)當(dāng)前無(wú)人機(jī)航拍圖像構(gòu)建與室外場(chǎng)景三維建模技術(shù)的優(yōu)勢(shì)性[1]。

2 無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)背景下室外場(chǎng)景三維建模的基礎(chǔ)技術(shù)實(shí)施流程

無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)背景下對(duì)室外場(chǎng)景的三維建?；A(chǔ)技術(shù)實(shí)施流程主要有四步，以下進(jìn)行一一介紹研究。

2.1 獲取圖像資料

首先，室外場(chǎng)景三維建模的首要目的就是為了獲取相對(duì)詳盡的圖像資料，這些圖像資料通常表示三維物體的二維圖像數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)結(jié)合航拍獲得的圖像數(shù)據(jù)就能夠建立三維模型。在無(wú)人機(jī)航拍過(guò)程中，為了保持它的高穩(wěn)定性，還需要技術(shù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作，這里就運(yùn)用到了遙感技術(shù)，它也是為了保證所獲取圖像信息高質(zhì)量，尤其是在后期進(jìn)行圖像特征提取過(guò)程中，要結(jié)合遙感技術(shù)數(shù)據(jù)來(lái)立體匹配三維數(shù)學(xué)模型，保證建模內(nèi)容有意義。

2.2 加入遙感設(shè)備參數(shù)

要在無(wú)人機(jī)航拍圖像數(shù)據(jù)內(nèi)容中加入遙感設(shè)備參數(shù)，保證三維數(shù)學(xué)建模的真實(shí)性與完整性。在具體的技術(shù)運(yùn)作過(guò)程中，要研究航拍攝像機(jī)參數(shù)與圖像數(shù)據(jù)相互匹配，保證遙感設(shè)備參數(shù)與精確的坐標(biāo)圖數(shù)據(jù)相互結(jié)合，提高三維模型精度。

2.3 強(qiáng)化特征提取

要強(qiáng)化特征提取，確保無(wú)人機(jī)航拍圖像室外場(chǎng)景三維建模精確有效性，通過(guò)分析圖像共同圖像特征，提取特征點(diǎn)內(nèi)容來(lái)看航拍圖像與室外場(chǎng)景拍攝對(duì)象是否匹配，由此來(lái)確定提取算法。提取算法的精確性主要由圖像上提取點(diǎn)的不同特征來(lái)決定，不同的特征點(diǎn)集合決定了三維建模的質(zhì)量水平。

2.4 建立提取特征與航拍圖像對(duì)應(yīng)關(guān)系

最后要建立提取特征與航拍圖像之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，達(dá)成精確匹配目標(biāo)。在匹配過(guò)程中也要注重對(duì)外界因素干擾的排除，例如拍攝角度問(wèn)題、天氣狀況問(wèn)題等不利因素?？陀^講，室外場(chǎng)景三維模型構(gòu)建需要結(jié)合攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定值，再結(jié)合立體匹配效果來(lái)構(gòu)建三維坐標(biāo)，保證三維建模過(guò)程中每一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)都能相互關(guān)聯(lián)，減小技術(shù)誤差，進(jìn)一步提高建模精確度。

在上文所提到的特征提取算法中，就包括了針對(duì)性選取算法，像比較常用的關(guān)鍵幀提取算法、內(nèi)容分類關(guān)鍵幀提取算法。這些算法的實(shí)施還要結(jié)合航拍圖數(shù)據(jù)，對(duì)所獲取圖像進(jìn)行粗篩選和精細(xì)篩選，以降低建模過(guò)程誤差，提高立體匹配質(zhì)量[2]。

3 無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)背景下室外場(chǎng)景三維建模的航拍圖像處理方法

在了解了三維建模基礎(chǔ)技術(shù)實(shí)施流程之后，就要分析它的無(wú)人機(jī)航圖像數(shù)據(jù)處理方法，主要將拍攝圖像特征下的幾何視圖作為具體依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維建模航拍圖像數(shù)據(jù)的有效處理。

3.1 基于無(wú)人機(jī)航拍序列的圖像拼接

圖像拼接是以無(wú)人機(jī)航拍序列為基礎(chǔ)技術(shù)理論的，它遵照序列對(duì)所獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行完整拼接，通常情況下無(wú)人機(jī)拍攝都會(huì)提供同一事物的不同視角拍攝圖像，而圖像拼接技術(shù)則要根據(jù)序列來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的高清圖像拼接過(guò)程。在實(shí)際的拼接過(guò)程中就涉及到圖像配準(zhǔn)技術(shù)，它所涉及到的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理量相對(duì)較大，而圖像匹配本身對(duì)于計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力要求也相對(duì)較高，這主要是因?yàn)樵诤脚男蛄袌D像拼接過(guò)程中其所涉及的子流程相對(duì)較多較復(fù)雜，例如對(duì)圖像的預(yù)處理、立體配準(zhǔn)、數(shù)學(xué)變換模型構(gòu)建、坐標(biāo)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換、圖像無(wú)縫融合5個(gè)主要步驟。首先說(shuō)對(duì)航拍圖像的預(yù)處理，它首先要對(duì)圖片進(jìn)行去躁，然后是特征提取，構(gòu)建匹配模板，實(shí)施圖像轉(zhuǎn)換。在圖像匹配過(guò)程中還要再次進(jìn)行圖像特征提取，然后才能建立三維數(shù)學(xué)模型。在模型構(gòu)建過(guò)程中需要嚴(yán)格參考航拍攝像機(jī)標(biāo)定值，根據(jù)標(biāo)定值參數(shù)來(lái)計(jì)算三維模型的參數(shù)值，并在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建最終的數(shù)學(xué)變換模型，將拼接好的圖像融入進(jìn)去，形成一套完整的、擁有參考圖像坐標(biāo)系的三維數(shù)學(xué)模型，獲得高度整合化后的高清圖像。

3.2 基于無(wú)人機(jī)航拍圖像的立體匹配算法分析

一般來(lái)說(shuō)，基于無(wú)人機(jī)航拍圖像的立體匹配算法包括兩種：基于頻域的立體匹配算法與基于時(shí)域的立體匹配算法。其中時(shí)域算法應(yīng)用較為廣泛，像衛(wèi)星遙感航拍圖像配準(zhǔn)過(guò)程中就會(huì)采用該技術(shù)。該算法在序列圖像拼接計(jì)算精度方面表現(xiàn)優(yōu)秀，能通過(guò)互功率譜來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像平移矢量的有效計(jì)算，而且整個(gè)算法匹配過(guò)程更加簡(jiǎn)單高效。當(dāng)然，該算法對(duì)于圖像重疊比例有一定高要求，如果所計(jì)算圖像比例偏小，則會(huì)增加匹配誤差，降低匹配計(jì)算結(jié)果的精度。所以也可以在立體匹配計(jì)算過(guò)程中也可以考慮基于頻域的算法，它的特征提取與匹配計(jì)算直觀性較強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度匹配，但它的數(shù)據(jù)處理過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，總體來(lái)看二者各有優(yōu)缺，在運(yùn)用時(shí)需要斟酌選擇。

3.3 基于運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)的三維模型重建算法分析

在室外場(chǎng)景無(wú)人機(jī)航拍過(guò)程中，一定會(huì)涉及到對(duì)于分析對(duì)象物體的結(jié)構(gòu)信息獲取，這一分析過(guò)程被稱為三維模型重建算法中的運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)算法。這種創(chuàng)新算法相對(duì)步驟復(fù)雜，其中涵蓋了圖像特征提取、攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)估計(jì)、攝像機(jī)標(biāo)定、估計(jì)結(jié)果優(yōu)化、推導(dǎo)場(chǎng)景幾何特征分析等。為了簡(jiǎn)化整個(gè)計(jì)算過(guò)程，運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)算法就在重建模型過(guò)程中采用了SFM（Structure from motion）算法，這種算法從航拍獲取的二維圖像或圖像序列中收集并恢復(fù)三維信息，為構(gòu)建室外場(chǎng)景三維模型做前期準(zhǔn)備。從整體來(lái)看，SFM算法能夠基于不同角度來(lái)觀察所構(gòu)建模型空間中的各個(gè)點(diǎn)位，為此它也融入了平行透視模型與普通透視模型，所以通過(guò)它來(lái)構(gòu)建三維模型能夠?qū)⑵讲罟ぷ髦械恼`差降到最低水平，從另一個(gè)角度來(lái)提升模型精確度。同時(shí)，這種算法中也采用了光束法平差來(lái)降低建模過(guò)程誤差，它以單張像片作為單元，以單個(gè)控制點(diǎn)作為外業(yè)與內(nèi)業(yè)坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)外業(yè)與內(nèi)業(yè)坐標(biāo)的加密，通過(guò)列舉誤差方程來(lái)處理平差，最終構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)背景下的三維模型[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從科學(xué)角度分析了無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)及其三維建模技術(shù)實(shí)施流程和圖像處理方法，證明了該技術(shù)在操作性、精確度、適用性、靈活性、成本等多方面的優(yōu)越之處。在未來(lái)，它還應(yīng)該為更多社會(huì)領(lǐng)域所應(yīng)用，為國(guó)家綜合發(fā)展提供高水平服務(wù)內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

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[3] 黎富忠.無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在三維建模上的應(yīng)用[J].廣西水利水電，2016（4）：21-23.