李鴻宇 苗愛(ài)麗

（1.新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830000；2.新疆疆海測(cè)繪院，新疆烏魯木齊 830000）

0.引言

無(wú)需外業(yè)觀測(cè)，就能得到精細(xì)的三維模型和測(cè)量成果，這是傾斜攝影技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)，而這一點(diǎn)正是攝影測(cè)量幾十年來(lái)苦苦追求的目標(biāo)。傾斜攝影所構(gòu)建的三維模型，可以替代航空攝影測(cè)量中的外業(yè)人工，實(shí)現(xiàn)更高精度、更快速度的自動(dòng)建模和智能測(cè)圖。

1.無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

1.1 技術(shù)概述

傾斜攝影測(cè)量是無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，伴隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是在同一個(gè)飛行平臺(tái)上搭載一個(gè)垂直和多個(gè)傾斜相機(jī)的航空攝影測(cè)量系統(tǒng)，是一種可以實(shí)現(xiàn)多角度觀測(cè)的新型航空攝影測(cè)量技術(shù)，獲取的影像分辨率高、視場(chǎng)角廣、且具有豐富的立面紋理信息，可以快速實(shí)現(xiàn)大規(guī)模領(lǐng)域的三維建模[1]。傾斜攝影影像獲取的方式如圖1所示。

圖1 傾斜攝影影像獲取方式圖

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）真實(shí)性強(qiáng)：傾斜攝影測(cè)量技術(shù)比以往的正射影像，因其可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)角度的攝影測(cè)量，故反映出的地物信息更加真實(shí)；

（2）高效率、低成本：該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的快速三維建模，還可以極大減少測(cè)繪外業(yè)人工，有效降低成本；

（3）豐富的立面信息：能提供豐富的建筑物表面紋理（立面信息），這對(duì)三維建模技術(shù)有著極其深遠(yuǎn)的影響。

2.建模流程及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 技術(shù)流程圖（圖2）

圖2 建模流程圖

2.2 建模原理

建模軟件選取行業(yè)主流軟件Bently公司的Context Capture（Smart3D），Smart3D傾斜攝影測(cè)量三維建模的基本原理是利用空三加密計(jì)算出連接點(diǎn)，以連接點(diǎn)為基礎(chǔ)構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)TIN。進(jìn)而生成三維框模，然后利用軟件在三維框模中輸入航攝影像資料，由軟件完成自動(dòng)映射，進(jìn)而輸出完整的被測(cè)場(chǎng)景三維模型[2]。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）影像預(yù)處理。影像預(yù)處理包括畸變校正、勻光勻色處理。受相機(jī)系統(tǒng)的安裝誤差和鏡頭畸變的影響，拍攝出的影像會(huì)存在像主點(diǎn)偏移以及影像邊緣發(fā)生畸變的情況，利用相機(jī)的內(nèi)方位元素和畸變參數(shù)結(jié)合相應(yīng)軟件完成影像的畸變處理。受光照條件、CCD特性、光學(xué)透鏡成像不均勻的影響，影像之間會(huì)存在顏色、對(duì)比度、明暗等方面的差異，需要對(duì)影像進(jìn)行勻光勻色處理。

（2）區(qū)域多視影像聯(lián)合平差。以傾斜攝影瞬間POS系統(tǒng)提供的多角度影像的外方位元素作為初始值，通過(guò)構(gòu)建影像金字塔，采用金字塔由粗到細(xì)的匹配策略，在每一等級(jí)的影像上進(jìn)行自動(dòng)連接點(diǎn)提取，提取后進(jìn)行光束網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)平差，同時(shí)加入POS輔助數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)坐標(biāo)可建立多視影像之間的平差方程，聯(lián)合解算后可保證平差結(jié)果精度。

（3）多視影像密集匹配。影像匹配是數(shù)字圖像處理的核心問(wèn)題，影像匹配結(jié)果直接決定空三質(zhì)量。多視影像具有覆蓋范圍大、分辨率高的特點(diǎn)，同一地物會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)不同視角的影像，在匹配的過(guò)程中可充分利用這些冗余信息，采用多視影像密集匹配模型快速提取多視影像上特征點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多視影像之間特征點(diǎn)的自動(dòng)匹配，進(jìn)而獲取地物的三維信息。

（4）高精度DSM自動(dòng)提取。多視影像經(jīng)過(guò)聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差后，可自動(dòng)解算出每張影像精確的外方位元素，在此基礎(chǔ)上選擇合適的多視影像匹配單元進(jìn)行逐像素的密集匹配，獲取成像區(qū)域超高密度點(diǎn)云，然后經(jīng)過(guò)點(diǎn)云構(gòu)網(wǎng)即可完成高精度高分辨率的DSM自動(dòng)提取。

（5）模型貼圖。完成上述操作流程后，需要進(jìn)行模型分塊，模型分塊操作結(jié)束之后，需要導(dǎo)出Smart3D計(jì)算結(jié)果當(dāng)中不夠理想的部分，并利用第三方軟件進(jìn)行修改、編輯，重新整合數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的有效性、準(zhǔn)確性。最后利用Smart3D的回爐功能重新修改三維模型，并輸出新的結(jié)果，進(jìn)而構(gòu)建出被測(cè)場(chǎng)景的三維模型。

3.項(xiàng)目實(shí)例

3.1 概述

項(xiàng)目區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師奇臺(tái)農(nóng)場(chǎng)，項(xiàng)目主要任務(wù)：利用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量，完成測(cè)區(qū)約12km21:1000正射影像圖編制，成果用于進(jìn)行土地整治及數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。平面坐標(biāo)系為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，高斯—克呂格投影，中央子午線90°，3°分帶；高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)[3]。

本項(xiàng)目采用大鵬CW-30型雙尾撐布局固定翼無(wú)人機(jī)作為航攝平臺(tái)，該無(wú)人機(jī)具有垂直起降、全自主飛行、載荷大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠性高等特點(diǎn)，搭載飛拓智控FT5-2120傾斜相機(jī)進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量工作。為得到高質(zhì)量、高精度的產(chǎn)品，本項(xiàng)目進(jìn)行了野外控制測(cè)量，共布設(shè)47個(gè)控制點(diǎn)，32個(gè)作為像控點(diǎn)使用，15個(gè)作為檢查點(diǎn)使用，檢查點(diǎn)與像控點(diǎn)交叉均勻分布于測(cè)區(qū)。

3.2 項(xiàng)目精度檢測(cè)和評(píng)價(jià)

利用15個(gè)檢查點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型上讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，以比對(duì)結(jié)果進(jìn)行三維模型幾何的精度評(píng)定。15個(gè)點(diǎn)比對(duì)結(jié)果統(tǒng)計(jì)入如表1所示。

表1 三維模型精度統(tǒng)計(jì)表

表1顯示：平面最大誤差為0.243，最小誤差為0.042，中誤差為0.145； 高程最大誤差為0.235，最小誤差為0.028，中誤差為0.115。由此可以判斷：利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影構(gòu)建的三維模型，能滿足1：1000大比例尺攝影測(cè)量三維建模的精度。

4.結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)和各類傾斜攝影系統(tǒng)的涌現(xiàn)，使傾斜影像數(shù)據(jù)的獲取變的越來(lái)越便捷，成本也大大降低，計(jì)算機(jī)集群、GPU、傾斜影像三維建模軟件技術(shù)的進(jìn)步，使得三維建模的效率將大幅提升。目前，傾斜攝影三維建模工作所涉及的無(wú)人機(jī)、傾斜攝影系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集群、三維建模軟件等，已可以滿足批量化傾斜影像獲取和三維建模處理工作的要求，此項(xiàng)技術(shù)完全具備了工程化和規(guī)?；臈l件。