何海清，陳 敏，陳 婷，李大軍，陳曉勇

1. 東華理工大學(xué)測(cè)繪工程學(xué)院，江西 南昌 330013； 2. 流域生態(tài)與地理環(huán)境監(jiān)測(cè)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013； 3. 西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 611756； 4. 東華理工大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 南昌 330013

低空無(wú)人機(jī)因具有機(jī)動(dòng)靈活、快速高效、受環(huán)境條件制約小等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)以其作為平臺(tái)的垂直和傾斜攝影測(cè)量方式廣泛運(yùn)用于土地資源調(diào)查、城市規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等方面[1-2]。

相比傳統(tǒng)航空航天攝影，低空攝影存在平臺(tái)姿態(tài)不穩(wěn)定、影像重疊度不規(guī)則等問(wèn)題[2]，因此，傳統(tǒng)的攝影測(cè)量方法難以滿足低空影像處理的需要。其中，影像的外方位元素高精度高效地解算是關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來(lái)許多研究人員針對(duì)這一關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了廣泛而深入的研究，最具代表性的方法是利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)中運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)(structure from motion,SfM)[3]來(lái)恢復(fù)影像的位置與姿態(tài)參數(shù)。SfM算法可通過(guò)具有重疊的影像恢復(fù)相機(jī)的外方位元素，無(wú)須任何輔助信息即可重建三維場(chǎng)景，與傳統(tǒng)攝影測(cè)量比較，對(duì)攝影相機(jī)、影像重疊規(guī)則性等要求低，且具有自動(dòng)化程度高和通用性好等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用到低空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理中[4-9]。

在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中，SfM算法通常是利用兩兩匹配遍歷全局影像關(guān)聯(lián)影像，n幅影像匹配時(shí)間復(fù)雜度為o(n2)，其三維重建效率低下，不適用于低空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理需要，低空無(wú)人機(jī)GPS/IMU信息常被用于輔助SfM算法三維重建[10-13]。文獻(xiàn)[6]利用低空無(wú)人機(jī)飛控記錄數(shù)據(jù)構(gòu)建影像拓?fù)潢P(guān)系，縮小關(guān)聯(lián)影像搜索范圍來(lái)提高SfM算法中匹配效率。然而，基于成本、風(fēng)險(xiǎn)等原因，低空無(wú)人機(jī)通常不搭載高精度的POS設(shè)備，直接采用記錄的GPS/IMU數(shù)據(jù)作為外方位元素初值參與光束法區(qū)域網(wǎng)平差會(huì)給三維重建結(jié)果帶來(lái)明顯的系統(tǒng)誤差[13]，因此，影像外方位元素全局一致性初值仍需其他算法來(lái)準(zhǔn)確解算。文獻(xiàn)[7]采用增量式SfM算法進(jìn)行低空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理，取得了與高精度POS輔助光束法平差基本相當(dāng)?shù)木?。但增量式SfM算法為避免累積誤差的快速增大，在增加新的影像過(guò)程中，需經(jīng)多次光束法平差迭代優(yōu)化物方點(diǎn)和相機(jī)內(nèi)、外方位元素，平差耗時(shí)隨影像數(shù)增多呈指數(shù)級(jí)增加[13]，從而制約了SfM算法在低空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理效率的進(jìn)一步提高。此外，增量式SfM算法依賴于初始像對(duì)選取，且僅依靠單一的匹配點(diǎn)數(shù)最多或關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)數(shù)最多為依據(jù)遍歷影像難以鎖定最佳的候選影像，以及近平面的地形物方點(diǎn)三維坐標(biāo)解算結(jié)果可能不穩(wěn)定，這些問(wèn)題都將影響三維重建精度。由此可見(jiàn)，利用GPS/IMU數(shù)據(jù)或多次平差的傳統(tǒng)增量式SfM算法限制了外方位元素全局一致性全自動(dòng)快速高精度解算。

在低空攝影測(cè)量外方位元素解算過(guò)程中，影像姿態(tài)求解是核心的環(huán)節(jié)，也是制約SfM算法精度和效率的主要因素之一。旋轉(zhuǎn)平均是用于解算影像全局一致性姿態(tài)參數(shù)最常用的算法[14-15]。最初，文獻(xiàn)[14]利用奇異值分解和最小二乘解算出全局一致性四元數(shù)形式的旋轉(zhuǎn)矩陣，在相對(duì)旋轉(zhuǎn)估計(jì)無(wú)粗差的理想情況下，這些算法能獲得高精度的旋轉(zhuǎn)相機(jī)旋轉(zhuǎn)矩陣。然而，基于影像間匹配點(diǎn)估計(jì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)矩陣，由于匹配點(diǎn)數(shù)量、質(zhì)量及分布情況等導(dǎo)致相對(duì)旋轉(zhuǎn)矩陣解算不可避免地存在粗差[9]。針對(duì)這一問(wèn)題，相應(yīng)的改進(jìn)算法也被提出，具有代表性的有利用半定松弛算法削弱粗差的全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)[16]、利用迭代特征向量法剔除外點(diǎn)[17]，引入李代數(shù)進(jìn)行線性化旋轉(zhuǎn)平均迭代剔除粗差[9,15]。這些方法雖能在一定程度上剔除粗差和提高旋轉(zhuǎn)平均計(jì)算效率，但局限于減小最小二乘旋轉(zhuǎn)平均全局優(yōu)化中的粗差影響，在旋轉(zhuǎn)矩陣初值的確定過(guò)程中未有類似增量式SfM的平差優(yōu)化過(guò)程。因此，全局影像旋轉(zhuǎn)矩陣初值可能存在較大的累積誤差，而初值的好壞影響到全局平差優(yōu)化的迭代收斂效率和最終的平差精度[18-19]。特別是飛行不穩(wěn)定的輕小型無(wú)人機(jī)平臺(tái)易造成相機(jī)姿態(tài)角變化大，若旋轉(zhuǎn)與平移矩陣初值未被準(zhǔn)確解算可能造成平差優(yōu)化迭代不收斂。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文顧及旋轉(zhuǎn)矩陣初值確定，旨在構(gòu)建適用于低空無(wú)人機(jī)平臺(tái)攝影測(cè)量三維重建方法，提出一種耦合單-多旋轉(zhuǎn)平均迭代優(yōu)化的低空影像SfM三維重建方法，以匹配點(diǎn)數(shù)、關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)數(shù)等多因素構(gòu)建最優(yōu)增量決策函數(shù)，利用顧及粗差的單旋轉(zhuǎn)平均(single rotation averaging,SRA)增量方式添加立體模型，兼顧多旋轉(zhuǎn)平均(multiple rotation averaging,MRA)自適應(yīng)迭代優(yōu)化旋轉(zhuǎn)矩陣，最后利用光束法區(qū)域網(wǎng)平差統(tǒng)一優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，得到精確的物方點(diǎn)、影像旋轉(zhuǎn)與平移矩陣。

1 耦合單-多旋轉(zhuǎn)平均的SfM算法

1.1 增量式SfM

SfM算法的核心在于通過(guò)特征匹配得到關(guān)聯(lián)重疊影像之間的同名點(diǎn)，以最小化特征點(diǎn)的重投影誤差來(lái)精確求解相機(jī)內(nèi)外方位元素與物方點(diǎn)三維坐標(biāo)的最大似然估計(jì)[7]。在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中，三維物方點(diǎn)與二維平面點(diǎn)映射關(guān)系可由投影變換表示為

x=PX

(1)

(2)

式中，Xj為待求的第j個(gè)物方點(diǎn)；xij為Xj對(duì)應(yīng)在影像i上的已知坐標(biāo)。

當(dāng)前，增量式SfM是低空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理中通常采用的方法[7]。在增量式SfM中，首先需要選取兩個(gè)初始立體像對(duì)構(gòu)建初始局部坐標(biāo)系。通常選擇足夠多同名點(diǎn)和多度重疊的像對(duì)作為初始像對(duì)，但若選擇的像對(duì)是近平面的地形，解算的物方點(diǎn)存在不穩(wěn)定性。而且，增量式SfM通常依靠單一的匹配點(diǎn)數(shù)最多或關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)數(shù)最多為依據(jù)遍歷所有影像和光束法循環(huán)平差迭代優(yōu)化，其缺點(diǎn)在于隨著影像數(shù)增多平差耗時(shí)急劇增加。

針對(duì)增量式SfM方法存在的問(wèn)題，全局SfM方法也被提出，用于大范圍場(chǎng)景重建[15]。其關(guān)鍵在于采用旋轉(zhuǎn)與平移平均算法來(lái)獲得全局一致性的旋轉(zhuǎn)與平移矩陣再進(jìn)行一次光束法平差優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。然而，全局旋轉(zhuǎn)與平移平均算法和光束法平差不同的是無(wú)須依賴三維物方點(diǎn)來(lái)參與平差和剔除粗差點(diǎn)，而是基于影像幾何圖與相對(duì)定向關(guān)系，通過(guò)最小二乘迭代求解最優(yōu)的全局旋轉(zhuǎn)與平移參數(shù)，因此對(duì)相對(duì)定向中存在的粗差較為敏感[7,15]。

1.2 本文方法

針對(duì)增量式和全局SfM方法存在的問(wèn)題并兼顧兩者的優(yōu)勢(shì)，本文提出一種耦合單-多旋轉(zhuǎn)平均迭代優(yōu)化方法。以增量式方法添加影像，但添加影像的局部構(gòu)網(wǎng)平差過(guò)程并不采用光束法平差，避免因多次光束法平差造成增量式SfM方法效率低的問(wèn)題。在局部構(gòu)網(wǎng)時(shí)，為避免在物方點(diǎn)未參與平差而對(duì)噪聲的穩(wěn)健性不強(qiáng)、易受粗差干擾的問(wèn)題，采用局部旋轉(zhuǎn)平均對(duì)添加的影像進(jìn)行平差，以緩解相對(duì)定向旋轉(zhuǎn)矩陣中粗差帶來(lái)的影響。

此外，優(yōu)化初始化模型確定和影像增量添加方法，并在影像添加過(guò)程中判別已添加的影像集誤差矩陣是否超限，來(lái)進(jìn)一步削弱粗差的影響，從而實(shí)現(xiàn)低空影像SfM快速高精度三維重建。

本文方法流程見(jiàn)圖1，主要思路與步驟：①構(gòu)建局部參考坐標(biāo)系，以基準(zhǔn)影像對(duì)優(yōu)選函數(shù)來(lái)確定初始化模型，并以其中一影像的像空間坐標(biāo)系作為基準(zhǔn)構(gòu)建局部參考坐標(biāo)系；②構(gòu)建正置擴(kuò)展樹(shù)，采用增量決策函數(shù)添加強(qiáng)關(guān)聯(lián)影像；③根據(jù)基于四元數(shù)與旋轉(zhuǎn)向量的單旋轉(zhuǎn)平均公式(10)和隨機(jī)采樣一致性算法(random sample consensus,RANSAC)計(jì)算各影像的像空間坐標(biāo)系相對(duì)于局部參考坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，并以選權(quán)迭代最小二乘法進(jìn)行優(yōu)化；④根據(jù)影像集Simg旋轉(zhuǎn)矩陣誤差為依據(jù)，自適應(yīng)確定是否進(jìn)行多旋轉(zhuǎn)平均優(yōu)化，進(jìn)而抑制累積誤差傳遞，并利用加權(quán)最小二乘計(jì)算平移矩陣；⑤在完成所有影像添加過(guò)程后，通過(guò)前方交會(huì)計(jì)算物方點(diǎn)三維坐標(biāo)，采用絕對(duì)定向與光束法平差優(yōu)化物方點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)與平移矩陣，得到地面坐標(biāo)系下的三維重建結(jié)果。

1.2.1 局部參考坐標(biāo)系構(gòu)建

首先，為避免窮舉匹配，利用低空攝影平臺(tái)飛控記錄的GPS/IMU數(shù)據(jù)搜索重疊影像。影像特征匹配利用基于SIFT與亞像素Harris結(jié)合的算法獲取同名點(diǎn)[2]，采用嚴(yán)密相對(duì)定向方法解算立體像對(duì)相對(duì)定向參數(shù)[20]，并構(gòu)建關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無(wú)向圖G

G={V,E}

(3)

式中，V表示影像節(jié)點(diǎn)，連接邊(i,j)∈E表示影像i與j的相對(duì)定向關(guān)系。具體見(jiàn)圖2示例，V1、V2、V3、V4、Vi、Vj、Vn表示影像節(jié)點(diǎn)。

圖1 本文方法流程Fig.1 Workflow of the proposed method

圖2 關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無(wú)向圖Fig.2 Example of undirected graph of correlated network

其次，顧及同名點(diǎn)數(shù)量及其分布、關(guān)聯(lián)圖連通分量、累積誤差最短傳播路徑等，綜合同名點(diǎn)數(shù)M、關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)N(V)、匹配點(diǎn)離散度D(STD)、單應(yīng)矩陣估計(jì)中誤差H為依據(jù)來(lái)確定初始像對(duì)(l,r)，構(gòu)建基準(zhǔn)影像對(duì)ref優(yōu)選函數(shù)

ref=argmaxf(l,r)

(4)

(5)

在構(gòu)建局部參考系(像空間輔助坐標(biāo)系)后，以增量的形式(增量決策函數(shù)值最大為依據(jù))添加剩余影像到影像集Simg中，擴(kuò)充多旋轉(zhuǎn)平均影像關(guān)聯(lián)有向圖(圖3)，采用SRA計(jì)算各影像的像空間坐標(biāo)系相對(duì)于局部參考系的旋轉(zhuǎn)矩陣，并根據(jù)影像集Simg旋轉(zhuǎn)矩陣誤差是否超限來(lái)自適應(yīng)進(jìn)行MRA優(yōu)化。圖3是圖2中影像節(jié)點(diǎn)在SRA與MRA結(jié)合的遍歷過(guò)程：Vi→V2→V4→Vj→V3→V1→Vn，即在確定基準(zhǔn)影像節(jié)點(diǎn)Vi后，在SRA(圖3(a))，待添加的影像在①—⑥中分別為V2、V4、Vj、V3、V1、Vn，以Simg旋轉(zhuǎn)矩陣誤差是否超限來(lái)確定是否進(jìn)行①—⑥各步MRA(圖3(b))優(yōu)化。

1.2.2 單旋轉(zhuǎn)平均

(6)

(7)

(8)

圖3 單-多旋轉(zhuǎn)平均遍歷Fig.3 Traverse images using single-multiple rotation averaging

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

平移矩陣可由式(17)求解

(17)

1.2.3 多旋轉(zhuǎn)平均迭代優(yōu)化

本文與傳統(tǒng)單旋轉(zhuǎn)平均不同關(guān)鍵在于添加影像后，初值優(yōu)選與局部坐標(biāo)系內(nèi)影像影像集Simg優(yōu)化思路見(jiàn)圖3。在關(guān)聯(lián)圖中，旋轉(zhuǎn)矩陣計(jì)算采用正置樹(shù)結(jié)構(gòu)，然后，采用選權(quán)迭代多旋轉(zhuǎn)平均自適應(yīng)優(yōu)化影像集Simg中的旋轉(zhuǎn)矩陣。多旋轉(zhuǎn)平均算法中，基于四元數(shù)旋轉(zhuǎn)矩陣轉(zhuǎn)換表達(dá)式為

(18)

多旋轉(zhuǎn)平均中，像對(duì)(i,j)平移向量變換關(guān)系為

(19)

1.2.4 區(qū)域網(wǎng)平差與三維重建

在完成添加關(guān)聯(lián)影像到影像集Simg和解算全局一致性旋轉(zhuǎn)與平移矩陣后，利用地面控制點(diǎn)進(jìn)行絕對(duì)定向和計(jì)算地面坐標(biāo)系下的物方點(diǎn)坐標(biāo)。然后，采用自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差對(duì)內(nèi)、外方位元素和物方點(diǎn)云坐標(biāo)進(jìn)行整體統(tǒng)一優(yōu)化。本文以最優(yōu)化恢復(fù)影像姿態(tài)與位置為主旨，添加影像過(guò)程中規(guī)避物方點(diǎn)參與平差運(yùn)算來(lái)提高SfM效率。

2 試驗(yàn)與分析

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為驗(yàn)證本文方法在多飛行平臺(tái)多地形地物環(huán)境下低空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理方面的可行性、精度與效率，采用固定翼與DJI S1000+旋翼兩種飛行平臺(tái)及其搭載的兩種相機(jī)分別獲取的316幅(8條不規(guī)則航帶)與126幅影像(2條航帶)進(jìn)行試驗(yàn)。飛行平臺(tái)信息與相機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1、表2，影像在進(jìn)行空三處理前都經(jīng)過(guò)了畸變差改正。試驗(yàn)區(qū)包括兩個(gè)區(qū)域：①江西省上饒市尊橋鄉(xiāng)，包含丘陵、平原等地形，以及建筑物、道路、河流、農(nóng)田、村鎮(zhèn)等地物，部分影像見(jiàn)圖4(a)；②美國(guó)西拉法葉市郊區(qū)，主要包含玉米地，部分影像見(jiàn)圖4(b)。

表1 無(wú)人機(jī)航攝基本情況

表2 相機(jī)參數(shù)

圖4 影像集部分影像Fig.4 Parts of images sets

2.2 對(duì)比試驗(yàn)

同時(shí)，為便于比較分析，采用增量式單旋轉(zhuǎn)平均(Incremental)[7]、基于全局旋轉(zhuǎn)平均(Global)、基于李代數(shù)迭代選權(quán)旋轉(zhuǎn)平均方法[9,15](IRLS)、本文方法進(jìn)行試驗(yàn)。固定翼與旋翼無(wú)人機(jī)影像(即尊橋與西拉法葉影像)外方位元素中誤差見(jiàn)表3、表4?？梢?jiàn)本文方法相對(duì)于其他3種方法能獲得精度更好的外方位元素。固定翼無(wú)人機(jī)影像中g(shù)lobal與IRLS結(jié)果較為接近，Incremental相對(duì)最差，而表4中Global方法明顯比其他3種方法精度更低。

表3 尊橋影像外方位元素中誤差

在固定翼與旋翼飛行平臺(tái)試驗(yàn)區(qū)域，分別采集了15個(gè)和9個(gè)地面控制點(diǎn)進(jìn)行絕對(duì)定向，以及分別采集了12個(gè)地面控制點(diǎn)用于檢核，其中，西拉法葉試驗(yàn)區(qū)布設(shè)了地面標(biāo)識(shí)點(diǎn)。4種方法的檢查點(diǎn)殘差中誤差見(jiàn)表5、表6，檢查點(diǎn)物方殘差見(jiàn)圖5、圖6。尊橋影像中，本文方法檢查點(diǎn)平面殘差均小于0.1 m，高程中誤差約為0.13 m；西拉法葉影像中，本文方法檢查點(diǎn)平面與高程中誤差分別接近0.01 m、0.02 m。由圖4(a)可知，固定翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)所攝區(qū)域紋理相對(duì)于旋翼無(wú)人機(jī)所攝區(qū)域更為豐富，圖4(b)重復(fù)紋理較多，可能存在匹配點(diǎn)少、分布不均勻以及匹配粗差等，導(dǎo)致Global方法精度明顯比其他3種方法低。

表4 西拉法葉影像外方位元素中誤差

Tab.4 RMS of exterior parameters of West Lafayette images

參數(shù)IncrementalGlobalRLARA本文方法?/(°)1.454.740.880.74ω/(°)1.032.890.790.53k/(°)1.358.820.870.49Xo/(%)7.277.133.723.04Yo/(%)5.988.544.713.52Zo/(%)8.5310.643.153.42

注：表中平移向量[XoYoZo]誤差根據(jù)基線歸一化的百分比表示。

表5 尊橋影像檢查點(diǎn)殘差中誤差

Tab.5 RMS of check points of Zunqiao images m

表6 西拉法葉影像檢查點(diǎn)殘差中誤差

4種方法在多視匹配得到相同的匹配點(diǎn)集后，通過(guò)前方交會(huì)解算物方點(diǎn)三維坐標(biāo)，并經(jīng)光束法平差和以重投影誤差大于兩個(gè)像素或3倍中誤差為約束條件來(lái)剔除粗差點(diǎn)，得到重建點(diǎn)云見(jiàn)圖7、圖8，本文方法獲得的三維點(diǎn)云明顯比其他3種方法更為密集。在尊橋影像中，本文方法可得到171 941個(gè)三維點(diǎn)，而Incremental法、Global法、IRLS法分別得到77 338、96 451、137 902個(gè)點(diǎn)；在西拉法葉影像中，本文方法可得到63 294個(gè)三維點(diǎn)，而Incremental法、Global法、IRLS法分別得到42 352、29 676、47 470個(gè)點(diǎn)。采用本文方法解算的旋轉(zhuǎn)與平移參數(shù)精度最高，重投影誤差相對(duì)較小，因而能恢復(fù)出更多的三維點(diǎn)。

圖5 尊橋影像檢查點(diǎn)物方殘差Fig.5 Residual error of check points in object space of Zunqiao images

圖6 西拉法葉影像檢查點(diǎn)物方殘差Fig.6 Residual error of check points in object space of West Lafayette images

圖7 尊橋影像4種方法重建點(diǎn)云對(duì)比Fig.7 Comparison of reconstructed points cloud by four methods with Zunqiao images

圖8 西拉法葉影像4種方法DSM對(duì)比Fig.8 Comparison of reconstructed points cloud by four methods with West Lafayette images

本文主要針對(duì)SfM中全局一致性旋轉(zhuǎn)與平移矩陣的高精度快速解算展開(kāi)研究。為便于比較分析，4種方法在特征提取、特征匹配階段采用同樣的方法和結(jié)果，在同一硬件條件下，運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)的耗時(shí)情況見(jiàn)表7所示。Incremental方法在添加新的影像時(shí)進(jìn)行多次光束法平差迭代優(yōu)化三維點(diǎn)坐標(biāo)與影像內(nèi)、外方位元素，平差計(jì)算隨影像數(shù)增多而不斷擴(kuò)大，運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)耗時(shí)最長(zhǎng)；Global方法因僅進(jìn)行了一次全局一致性旋轉(zhuǎn)平均優(yōu)化，耗時(shí)最短；IRLS與本文方法在旋轉(zhuǎn)平均過(guò)程中未有三維點(diǎn)云參與平差，效率也較高，且隨著影像數(shù)增多，效率提升更為顯著，但因多次旋轉(zhuǎn)平均優(yōu)化導(dǎo)致效率比Global方法稍遜。

表7 運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)耗時(shí)情況

結(jié)合外方位元素中誤差、檢查點(diǎn)物方殘差與中誤差、運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)效率統(tǒng)計(jì)和數(shù)字地表模型視覺(jué)效果對(duì)比，權(quán)衡精度與效率可知，本文方法相對(duì)于Incremental、Global、IRLS 3種方法在低空影像運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié) 論

針對(duì)SfM算法用于低空攝影測(cè)量存在初始框架構(gòu)建不盡合理、影像增量決策單一、迭代優(yōu)化對(duì)粗差敏感等問(wèn)題，本文從初始參考系著手，構(gòu)建影像增量多因素決策函數(shù)添加強(qiáng)關(guān)聯(lián)影像，利用四元數(shù)支持下無(wú)須物方參與平差的多旋轉(zhuǎn)平均選權(quán)迭代自適應(yīng)優(yōu)化獲取全局一致性旋轉(zhuǎn)與平移矩陣，從而剔除粗差和抑制累積誤差傳遞。通過(guò)固定翼與旋翼無(wú)人機(jī)影像試驗(yàn)表明，得益于增量候選影像優(yōu)選與外方位元素自適應(yīng)優(yōu)化方法，本文方法相對(duì)于傳統(tǒng)增量式SfM算法、全局優(yōu)化、IRLS能獲得更高的成果精度，且相比傳統(tǒng)增量式SfM算法效率提高了8倍以上、接近全局優(yōu)化方法效率，驗(yàn)證了本文方法不僅適用于固定翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)的高精度高效低空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理，也適用于輕小型無(wú)人機(jī)平臺(tái)影像處理。