倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用

李玖

摘 要：城市作为现代文明的中心，逐步成为了社会变革的主要标志。在当今城市化进程中，城市建筑物的信息的测量已经不满足于现在落后的、拍摄时间长的传统方式，而是需要通过建设城市区域的三维建模，并采用将数字地面采集技术和传统航空摄影技术相结合的倾斜摄影技术，以此对城市的空间信息进行综合管理和服务，才能够满足当前城市快速发展所面临的应用需要。

关键词：传统正射影像；倾斜摄影测量；城市三维建模

倾斜摄影测量技术作为一个新兴的广受瞩目的技术方法，不再局限于传统正射影像的只能从垂直角度拍摄的方式，它通过将多台传感器放置在同一飞行平台上，再同时从垂直、前视、后视、左视、右视等多个不相同的角度采集影像，从而反映地物更加真实的实际情况，并获取地面建筑物更加精准的数据信息，便于内业人员分析整理数据，从而极大的补充了传统摄影影像应用的不足，所以在城市三维建模中有广泛的应用前景。但国内的城市三维建模中的倾斜摄影测量技术仍处于实验阶段，需要进一步的研究和对其进行近一步推广。据此，本文将重点针对倾斜摄影测量的相关技术和展开相关的探究工作。

一、倾斜摄影测量的相关技术

基于倾斜摄影数据的三维测量技术主要研究倾斜摄影测量的基本原理、倾斜摄影测量的特点、倾斜摄影测量的相关技术等三大部分。

⑴倾斜摄影测量的基本原理。通过将多台传感器放置在同一飞行平台上，除了运用传统摄影测量的垂直角度，传统航空摄影测量被先进技术处理从而制作4D产品外，为了获取地面上的建筑物的侧面的纹理信息还增加了前视、后视、左视与右视其他四个不同的角度采集影像，前视、后视、左视与右视四个倾斜摄影影像，要求采集影像的倾斜角度在15°—45°之间。在一个时段内，为了选择最清晰的一张制作细部纹理，内业人员需要连续拍摄几组影像重叠的照片，并且在这些相片中都能找到同一建筑物，这样内业人员可以在最后对倾斜影像进行分析和整理分析。

⑵倾斜摄影测量的特点。特点一：地物周边情况被真实的反映出来。倾斜摄影测量所获得三维数据可真实地反映地物的外观、位置、高度等属性，增强了三维数据所带来的真实感，弥补了传统人工模型仿真度低的缺点。特点二：单张影像测量可通过倾斜影像实现。通过使用对应着的应用软件，可直接实现包括长度、高度、角度、坡度等的量测，这使得应用成果可用在公安、应急、测绘、旅游、环保等行业。由此看出倾斜摄影技术在各个行业中的应用得到广泛扩展。特点三：可采集建筑物侧面的纹理。针对城市三维建模的各种应用，利用倾斜摄影在空间中成图的规模巨大的特点，利用批量提取的先进方式，能够使城市三维建模的原料利用率大幅提高，减小污染并使成本减少。

⑶倾斜摄影测量的相关技术。技术一：多视影像联合平差。多视影像联合平差需要将影像间的相互遮挡的关系的方位元素和空间景物变形充分考虑在内，为了得到相对较好的同名点匹配结果，需要对各级影像处理采取由粗到精的方式方法，运用自由网光束法和同名点自动匹配平差。技术二：多基元、多视影像匹配。近年来随着计算机视觉的兴起，逐渐发展起来了多基元、多视影像匹配。倾斜摄影测量的基本要素之一是影像匹配，多视影像又具有分辨率高、拍摄范围大等特点，由此通过搜索多视影像上的特征，地面建筑物的二维数据就可以被确定下来，影像的三维特征就可以通过不同视角的二维特征转化出来了。例如：墙面的确定可以先给予一定的权值，并且将墙面按种类进行归类，要想获取建筑物的侧面结构，再将地面建筑物的各个墙面进行平面扫描和分割，并提取出建筑物屋顶的高度和轮廓。技术三：摄影影像的纠正。首先根据各影像的方位元素的解算结果，选择适当的影像匹配目标，进行密集匹配和特征匹配，为了提高计算效率也可以引入并行算法。再将不同匹配目标进行融合，通过进行滤波处理，形成统一的DSM。最后根据摄影图像显示的连续地形和离散的地面建筑物对象的空间分布和形状特征，通过轮廓绘制、片面拟合、重建屋顶等方法重新收集信息，再根据密集匹配和联合平差的结果建立像方和物方的同名对应关系，继而建立全局优化采样的纠正。

二、城市三维模型建立方法

（一）城市基础信息搜集

（1） 数字线划图

在数字测图中，最为常见的一类就是数字线划图，它较全面地描述了目视效果与地表现象，它有的色彩。数字线划图为了表达地形及地面建筑物的地理矢量数据集，通常是用特定图形符号或点、线、面的形式。坐标点用来表示在矢量数据中的点要素，坐标组用来表示线要素；面要素则表示为首尾点重合的一串坐标组及相应的属性值，通过地面建筑物的外框和坐标等信息可以使内业人员快速生成白模。

（2） 城市测区划分

首先收集数据与分析资料，再将相似的或相同的模型划分为一个测区，最后将地物的四个侧面倾斜影像进行模型命名和纹理编号，这样就方便了把相似纹理共享，更有利于项目管理。

（3） 地物倾斜影像

地物傾斜影像不仅能够真实地反应地物情况，而且还通过采用先进的定位技术，嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息、更高级的用户体验，极大地扩展了遥感影像的应用领域，并使遥感影像的行业应用更加深入。

（4） 地物属性表

地物属性表能详细记录地物的具体名称，并对应着模型名称、坐标、纹理编号、航向重叠、旁向重叠、航速、航高等信息。

（5） 结合表

结合表记录了模型名称，坐标，编号，纹理等信息，便于查找出某个模型是由哪个作业员制作，哪个检查员检查，它是模型的分图依据，也方便内业人员对测绘项目或工程的管理。

（二）建筑模型细部分析

建筑模型可以直观的表现出设计者的设计意图，弥补图纸在表现上的平面性和不生动性。它既是设计师设计过程的一部分，同时也属于设计的一种表现形式，被广泛应用于城市建设、房地产开发、商品房销售、设计投标与招商合作等方面。白模在初步具备建筑的外框，高程等信息后，再经过内业人员分析倾斜影像的具体细部，建造出建筑的屋顶，飘窗，老虎窗，观景台，阳台，门斗等细部信息，合成精细白模。

（三） 模型纹理制作

利用倾斜影像和图像处理软件，对地面建筑的精细白模进行纹理制作，由于纹理可以多次变换，因此只制作具有代表性的建筑物纹理即可。内业人员在倾斜影像上找到建筑物的某个细节纹理，通过消失点、变换等方式精确制作建筑物的纹理。

（四）模型合并

内业人员通常习惯将模型调整为正南正北的方向，并且将模型移动到坐标原点进行制作，制作完毕后，再将模型放回原有的位置，通过移动，法线对齐，轴点旋转等操作，将模型归位，并将多人制作的模型统一合并为一个模型。

结束语

倾斜摄影是近年来兴起的航空摄影新技术，是对传统正射摄影的革命性突破，因其能够从中低空采集地表物体的侧面纹理信息，大大提高了快速自动建模大面积连续影像的获取效率，使得自动建模取代造价不菲、效率低下的人工建模得以迅速推广。本文讲述了倾斜摄影测量的基本原理、特点、关键技术以及倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用。传统的摄影测量只能是在垂直方向，而倾斜摄影技术的出现弥补了短板。倾斜摄影技术是对三维建模和传统测绘两者发起的革命，全新的技术或许会改变今后的行业发展。行业内倾斜摄影产业链上下游的各个企业对未来的形势极为看好，大力推动下的倾斜摄影必然会得到更多关注。三维作为二维未来注定的发展趋势，倾斜摄影已经被摆在一个历史转折点的面前，需求带动着技术的发展，倾斜摄影拥有着无限的发展空间。倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用成果已得到了应用验证，获得了用户的好评。而且其社会经济效益显著，并具有重要的示范作用和推广价值。

参考文献：

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