倾斜摄影测量的城市真三维模型构建办法研究

2020-01-06陈赫曦

科学与信息化 2020年34期

陈赫曦

核工业二四〇研究所辽宁沈阳 110000

引言

在过去城市模型建设中，受到技术条件的限制，难以保证模型构建精度，更多的是伪3D城市模型。而倾斜摄影技术的出现，为三维城市模型构建提供了基础支撑。在惯性导航、GPS技术加持下，让倾斜摄影测量技术的可用性进一步提升。倾斜摄影测量通过多角度拍摄为核心，获取到航空倾斜影像，反映出城市真实的地物情况，借助建模技术、融合技术、定位技术构建真三维模型，极大地提升了城市三维建模的质量和效率。

1 倾斜摄影测量技术相关阐述

倾斜摄影测量技术是在传统航空摄影技术上，增加了前后左右四个方向传感器，同时拍摄正向以及四个倾斜的相片，拍摄中记录航速、航向、航高等参数，之后整理倾斜影像，并做进一步分析。相同地物景象最多有8张照片呈现，可以更好地分析建筑结构，从中选择最清晰的照片制作细节纹理，保证城市建模的真实性。相对于传统影像技术，倾斜摄影测量技术可以从多个角度观察拍摄对象，让地物情况反映更加真实[1]。配套使用相应软件，可以直接测量被测对象的长度、高度、面积、角度、坡度等树形。将倾斜摄影测量技术应用在城市真三维模型构建中，借助成图规模大、影像批量提取、贴纹理等优势，可大大降低城市真三维建模成本。

2 城市真三维建模流程

倾斜摄影测量技术在城市镇三维建模中应用需要借助street factory系统。其主要流程为：

分析数据资料，对数据进行预处理，排除资料缺陷，保证建模资料完整，格式符合要求。

在空中用三角测量倾斜影像，得到影像高精度方位元素。之后校正畸变，得出倾斜影像、高精度外方位元素，通过多视影像密集匹配，获取到三维点云，即可构建城市3D TIN模型。

在3D TIN模型当中选择最佳纹理信息，可以采用三角形面片的线法方程、二维图像的夹角选择，通过软件的纹理自动关联功能即可完成。

纹理关联后输出即可得到城市真三维模型。

3 倾斜摄影测量在城市真三维模型构建中的应用

3.1 倾斜影像与空中三角测量

在倾斜影像当中，过去采用的像点自动测量方法已经被淘汰，而倾斜摄影测量当中瞬时POS系统，可以直接通过观测得到初始外方位元素，借助多个传感器获取的数据信息构成模型，多视影像当中对每个像元计算，借助像元的基线特征，可生成倾斜影像连接点，参照外业控制点得到区域网平差，这样即可在多个视角下实现三角测量[2]。在整个使用当中，其基础硬件是倾斜相机，可组合成传感器模型，可更好的模拟城市结构，优化航拍参数，确保连接点的精准性。倾斜摄影技术具有多影像、多角度特性，三角测量必须保证精度达标，因此要抓住以下几个要点：

结合拍摄区域面积实现区域网划分，将其分解为多个子区域网空间，匹配连接点进行平差计算，将自动降差点消除，调整人工点位，之后即可建设子区域空间，保证区域建设精度。

将所有的子区域网整合，形成一个完整的区域网，对整体区域平差处理，产生多角度连接点，覆盖整个区域，位置分配足够均匀，要求误差低于0.3像素。

建设完区域网之后，在区域网中加入外业像控点、检查点，参照这些点位在影像当中的具体位置，借助裸眼立体环境，确保调整精度。

整体区域网平差计算当中，加入相应的连接点，将其投射到坐标中，把整个区域网规划到位。

完成上述操作使用空三加密数据，优化高精度影像外方位元素，消除畸变差影像，之后即可应用到气候建设城市三维模型当中，还可以提取纹理。

3.2 多视角影像密集匹配架构3D TIN模型

street factory系统当中，通过畸变校正得到多时影像、空三优化后得到高精度外方位元素，在立体影像创建当中，通过多基元、多视影像密集匹配技术，通过规格网络对平面空间进行划分，将匹配基元匹配，包括像方特征点、物方面元，借助多视影像特征点、成像信息，通过影像不固定匹配策略，实现影像的密集匹配，借助多视匹配冗余信息，可以减少匹配过程中的负面影响因素，加入并行计算方法提升效率，精准、快速地获取到多视影像点坐标，得到地物高密度三维点云数据，结合点云构建不同层次细节度下的TIN模型。优化三角网可以将三角尺寸调节到和原始影像分辨率相匹配的比例，之后分析连续曲边变化率，简化平坦空间三角网络，减少计算数据量，获得城市3D TIN模型架构。

3.3 自动纹理关联

获取到城市3D TIN模型架构之后，即可进行纹理关联工作。主要内容包括3D TIN模型、配准纹理图像、贴附纹理。在倾斜摄影中得到多角度的影像，而不同角度可以同时获取相同地物信息，所以选择目标影像非常重要。在表面模型中，可以借助三角形面片线法方程、二维图像角度，通过模型系统自动衡量得出相应的纹理影像，在此过程中，夹角越小则表示三角形面片和图像平面越趋于平行，也就是纹理质量较高。该方法可以确保3D TIN模型三角形面片与目标图像点一一对应[3]。之后借助3D TIN模型，计算得出三角形、像中对应区域几何关系，纹理影像中获取三角形面对应纹理区，在3D TIN模型中配准纹理图像。相对应的三角形面片当中，把配准纹理图像反投射，即可绘制出城市真3D模型，得到纹理贴附。