无人机航空摄影数据处理方法探究

王胜春

（西山煤电屯兰矿地测科， 山西 太原 030206）

引言

近些年无人机遥感技术迅速发展，它具有拍摄角度灵活、起降不受地形地势影响、悬停时间长、分辨率高的优势，无人机影像为二维，不能真实将场景展现给人们，所以将无人机影像通过三维重建算法生成三维模型不可避免[1-3]。无人机航拍影像的多视图几何三维重建方法来构建三维模型，该方法与其他方法相比具有价格低廉、操作简单、使用灵活等优点，具有重要的意义。

Agisoft photoscan是俄罗斯Agisoft公司出产的一款三维重建软件，是根据多视图几何三维重建技术，对拍摄的照片进行处理，该软件处理的工作流程完全是自动化的[4-6]。本文以某个地区为例，使用md4-1000无人机，相机平台使用单反相机，型号为索尼NEX-7，其中无人机的详细参数如下表1所示，航拍的影像分辨率为0.3 m，航线设计为800 m，一共分为两个架次，6条航线进行拍摄，影像重叠率为75%。软件工作流程主要包括数据加载、数据定向、立体建模、纹理映射等步骤，流程如图1所示。

表1 MD4-1000无人机规格参数

1 Agisoft photoscan工作流程

1.1 数据准备

无人机在进行作业时，有时候会受到外界因素的影响，拍摄的影像会不清楚，作业完成之后，非常有必要对每张影像进行检查，把质量不好的影像去除，影像没有问题之后，要对无人机的POS信息进行检查，图2和图3为无人机拍摄的影像及POS信息。

图1 Agisoft photoscan处理流程

图2 无人机影像

图3 POS信息

1.2 加载数据及数据定向

软件根据摄影测量的一些原理以及多视图几何三维重建技术，在不需要人工干预的情况下，求出每张照片的空间信息，然后对其进行定向等操作。无人家航拍的照片加载及数据定向之后，会显示照片是按照6条航线进行拍摄的，如下页图4所示。一共加载了40张影像。软件通常在处理数据比较大的时候，会根据航线不同的布局进行划分处理，并分别进行操作，最后再进行合并和纹理映射。通过这种方式，不仅可以充分利用计算机性能的优势，还可以大大提高处理大数据量的效率。

1.3 点云生成

稀疏点云主要是通过相对旋转矩阵的计算、相对平移向量计算、全局旋转矩阵的计算、全局平移向量计算、计算三维点云等五部分一起构成。根据五部分计算图像之间的关系，然后把所有特征点在每幅图像中进行链接形成连接点并通过三角化计算其相应的三维坐标值，最终通过集束调整进行整体优化。密集点云是在稀疏点云的基础上，通过恢复图像序列的方位元素基础上，通过每个像素的匹配关系来得到视图之间匹配关系的视差图，然后通过已知的方位元素对匹配的像素进行前方交会。照片之间的定向完成之后，图5分别是生成的稀疏和密集的点云，点云的个数分别为35 518，7 942 450。

图4 数据定向

图5 稀疏点云和密集点云

1.4 网格生成与纹理映射

密集点云生成之后，通过使用Delaunay方法对得到的离散稠密点云进行剖分，最后来构建三角形网格，网格生成后，再进行纹理映射得到最终的三维模型。图6分别为网格生成与纹理映射结果。

1.5 成果输出

如果纹理映射完成之后，导出的成果主要数字正射影像（DOM）和数字三维模型，在进行导出时，如下图所示，对分辨率、投影类型和图的大小都可以进行设置。DOM一般导出为TIFF格式，三维模型一般导出为OBJ格式。导出的DOM（左边）和三维模型（右边）如图7所示。

图6 网格生成和纹理映射

图7 DOM和三维模型

2 结语

Agisoft PhotoScan软件是一款可以通过无人机影像自动化建模的三维软件，软件操作界面简单，处理算法比较先进，精度高且可靠稳定。通过对数据定向、点云生成和网格生成及纹理映射及成果输出等操作的介绍分析，为后期应用Agisoft PhotoScan软件进行三维模型重构提供一些操作上的参考意义。