浅谈无人机倾斜摄影技术在城市实景三维建模中的应用

王卓

摘要：在我国科技的发展，各领域的技术水平逐渐提高的今天，倾斜摄影三维建模作为近些年来国际测绘领域一项高新的测绘技术，它通过一个飞行器上搭载多个传感器，能同时从一个垂直镜头，四个倾斜镜头五个不同的角度采集影像，利用倾斜摄影测量技术获取实景三维模型数据的技术方法。

关键词：无人机;倾斜摄影技术;城市实景;三维建模;应用

分类号：E926.3;E91;TP391.41

引言

随着我国经济实力的快速提升，我国迎来了高速发展的全新时代，无人机倾斜摄影实景三维建模技术已趋于成熟，相对于传统三维建模综合优势较为明显，应用越来越广泛。

一、无人机倾斜摄影测量技术

一是弥补正射影像缺陷。在传统的测量技术体系当中，正射影像为主要的影像形式，正射影像虽然能够反映特定物体的表面特征和相关信息，但其自身存在明显的缺陷和不足之处，尤其是存在影像盲区，不利于获取真实的数据信息。而无人机倾斜摄影测量技术的应用则可以实现更多角度的影像测量，最终所获取的影像数据能够真实反映物体的具体情况，从而有效弥补了正射影像的不足之处。二是多功能测量。无人机倾斜摄影测量技术可以在基本影像数据的基础上，进一步对特定物体的坡度、高度、角度和程度进行综合性测量，而这一技术优势也决定了技术本身的地位和适应范围，这也是决定其应用范围广阔的主要原因。三是降低建模成本。依据测量测绘数据构建三维模型是航道测绘的主要工作环节，传统的建模环节费时费力，且整体成本较高，效率较低。而无人机倾斜摄影测量技术的应用则可以与航空摄影相互结合，通过批量提取纹理的方式来构建三维模型，建模成本大幅度降低，建模效率大幅度提升。

二、无人机倾斜摄影技术在城市实景三维建模中的应用

1、倾斜摄影测量实景三维软件

倾斜摄影三维建模软件是基于倾斜摄影技术和图形运算单元GPU技术进行自动批量建模的应用软件，通过对多视角倾斜影像、真实街景数据、正射影像等不同数据源数据进行同名点分析与提取、多视匹配融合、不规则三角网构建、自动纹理匹配和贴合等操作，在无需人工干预的情况下，自动批量处理原始影像数据，构建出全要素的、精细的、带有纹理的真实三维模型。Skyline PhotoMesh软件具有图形处理性能高、模型精度高、交互性强、支持多源数据和多元输出等特点，利用Skyline PhotoMesh软件建模与传统建模方法相比，减少了人工成本和建模时间，提高了模型精度和建模效率，加快了城市三维可视化的进程。

2、外业无人机倾斜摄影工作流程

①无人机作业前的准备工作。在作业前，工作人员需要进行一定的准备工作，包括：无人机作业区域、起落航点、航高、航线等参数的设置，这是在前期对作业区域情况调查的基础上进行的。作业区域可以在Google Earth上划分再导入飞控软件，这可有效解决因信号微弱而导致的地图底图缺失的问题;起落航点尽量选择开阔地带以确保无人机起降的安全性;航线由影像重叠率决定，一般设置旁向75%，航向85%即可确保作业质量;航高的设置依据作业区域当地的航空管制规定。②无人机作业中的必要工作。在作业过程中，操作人员无需人工干预。但需要注意无人机在空中的姿态以及可能发生的突发事件以便采取相应措施。③无人机作业后的评价工作。完成作业后，需要将倾斜摄影获取的影像及POS数据导出进行检查。需要检查每个镜头拍摄的照片数量是否一致、照片是否出现畸变、POS数据是否完整等。如果有必要，则进行该部分的补飞作业

3、模型构建流程

数据的处理过程：①通过对原始数据的预处理，消除无人机本身所固有的误差;②倾斜影像数据导入建模软件进行内定向和畸变校正，其中内定向的目的是确定航拍空中坐标系与像片坐标系之间的关系以及数字影像可能存在的变形，而影像畸變校正是为了消除无人机在拍摄过程中因外界环境所引起的重复变形;③将倾斜影像进行空中三角测量，其中包含光速法、区域网平差和区域网格联合平差，目的是获取相片的6个未知量，分别是：维度、经度、高程、主垂面方位角、像片倾斜角和像片旋转角。通过多角度图像密度匹配，得到加密的三维点云数据，构建城市三维仿真模型，其中包括DSM和DEM数据模型;④根据城市三维仿真模型中各小三角形的法向方程和二维图像中的夹角，自动选择最优纹理映射信息，实现纹理与模拟三维模型的拼接;⑤输出城市的仿真三维模型。

4、内业空三加密

对采集到的航测影像数据和像控点进行联系，对这些数据进行空中三角测算加密工作生产出模型的点云和结构。

5、纹理自动映射

在图像正方形区域内的图像可以作为构建纹理，满足一般建模精度的要求，对于建筑，模型纹理主要是侧面纹理和顶部纹理。因此，所需的纹理很容易获得，但由于倾斜图像变形较大，手动图像校正方法需要大量的工作。因此，需要设计相应的算法，将航拍图像上的像素点重写到仿真三维模型表面上。纹理重建的思想是：在仿真三维建模平台上，将倾斜图像加载程序，使用后空三优化精度的内外方位元素，恢复倾斜摄影的姿势，并建立索引图像和三维仿真模型之间的关系，对图像中的像素重采样，放回模型，自动完成纹理映射。

结语

倾斜摄影三维模型数据能在城市交通、环境整治、电力和无线通网络的规划、城市基础设施建设规划管理、棚户改造和新农村建设、城市垃圾污染分布情况等诸多领域都能起到较大的作用。

参考文献

[1]刘增良，陈思，陈品祥.城市倾斜摄影实景三维模型数据质量检查方法研究与实践[J].测绘通报，2019，（2）：108～112.

[2]项志勇，张畅.倾斜摄影三维模型单体化研究及智慧城市应用[J].测绘与空间地理信息，2018，41（05）：191-194.

[3]赵家乐，王森.基于双相机和五相机倾斜摄影方法的三维建模对比分析研究[J].测绘通报，2017（S1）：18-21.

[4]袁玉勇.无人机倾斜摄影测量在土地综合整治中的应用[J].工程技术研究，2020，5（9）：255-256.

[5]王文敏，王晓东.基于ContextCapture Center平台的城市级实景三维建模技术研究[J].测绘通报，2019（S1）：126-128+132.

2931501186389