倾斜摄影测量三维模型优化方法研究盖永智张珍

倾斜摄影测量三维模型优化方法研究盖永智张珍
发布时间：2021-08-09T15:19:24.153Z 来源：《时代建筑》2021年5期3月上作者：盖永智张珍[导读] 近年来倾斜摄影技术发展迅速，基于这项技术的实景三维模型成果因其真实性，高精度等优势，正在被各个行业所应用，如智慧城市建设，城市规划建设等。

但是对于实景三维建模，行业内并无一种统一的构建方法。

基于此，本文介绍了无人机倾斜摄影测量系统及其相对于传统三维建模的优势，并对三维模型进行精细化改进。

黄河水利委员会山东水文水资源局盖永智张珍山东省济南市 250100
摘要：近年来倾斜摄影技术发展迅速，基于这项技术的实景三维模型成果因其真实性，高精度等优势，正在被各个行业所应用，如智慧城市建设，城市规划建设等。

但是对于实景三维建模，行业内并无一种统一的构建方法。

基于此，本文介绍了无人机倾斜摄影测量系统及其相对于传统三维建模的优势，并对三维模型进行精细化改进。

关键词：倾斜摄影测量；三维模型；优化方法引言
无人机航测是近年来新兴的测量技术，其中，像控点布设是无人机三维模型制作的关键环节之一。

利用倾斜影像空三加密技术等在少量野外控制点，人工干预少，进行倾斜摄影实景三维建模的研究，并提出了实景三维精细化方法。

1无人机倾斜摄影测量技术
1.1无人机技术
通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器，包扩固定翼，多旋翼，飞艇，直升机等多个机种。

无人机具有机动性强，快速，对起降场地无要求，经济方便的优势，其结构简单，机体重量轻，使用成本低，数字化和智能化程度高，应用范围与领域广阔，在快速获取国土资源，自然环境，应急救灾现势数据集测绘领域有着突出的效率和优势。

1.2倾斜摄影技术
倾斜摄影技术是指在同一飞行平台下搭载倾斜相机，在同一曝光点多角度获取相同地物倾斜影像，获取丰富的地物信息，可从多角度分析地物，弥补了传统正射影像只能从垂直方向分析地物的缺陷，能够获取建筑物的侧面纹理信息。

目前倾斜摄影应用最多的是利用倾斜影像进行实景三维建模，大大的提高了场景真实度与建模精度，并且建模效率相对于传统手工建模更是大大的提高。

2无人机倾斜摄影技术要点
2.1多视影像联合平差
在无人机倾斜摄影测量技术的实际应用中，多视影像联合平差技术发挥重要的作用。

该技术可有效解决传统测量系统中数据处理不灵敏的问题，能够有效处理影像间的遮挡关系，并快速确定合理的连接线与连接点，提升成像结果的精确度。

2.2多视影像密集匹配
多视影像密集匹配技术作为无人机倾斜摄影测量技术的主要组成部分，在具体实践中，可提高摄影测量的分辨率，扩大摄影覆盖的面积范围。

与此同时，多视影像密集匹配技术的应用可对各类信息实施系统进行整理与研究，确定坐标点的具体位置，进而更全面、精准地获取地面物体三维信息。

借助多元影像密集匹配技术、无人机倾斜摄影测量技术，可有效提取建筑物侧面的多种信息，充分利用建筑物的文理信息与边缘信息，在完善二维数据的基础上形成三维数据，为提取建筑物高度与轮廓信息提供便利。

3倾斜摄影三维关键技术
3.1实景三维模型构建流程
①原始航摄数据预处理，检查数据的完整性以及影像质量可以用于三维建模。

②结合倾斜影像初始粗略的外方位元素，进行空中三角测量，获得倾斜影像的高精度外方位元素，然后利用空三解算后的精确地外方位元素(Omega、Phi、Kappa)进行影像自动匹配，生成高质量的点云模型，进而利用点云模型构建矢量TIN模型。

③选择最佳纹理信息对由点云模型构建的TIN模型进行自动纹理映射。

④三维模型精细化修改。

⑤输出实景三维大场景成果。

3.2精细化模型
倾斜摄影技术受飞行角度及建筑区域密集度等因素的影响，会导致初始模型侧面纹理缺失、拉花等情况的出现，因此需要进行问题模型重建，通过人工外业采集图片，替换问题航拍影像的方式，进行精细化建模。

某航公司研发的DP－Modeler软件是一套基于多幅影像进行快速、精确三维建模的软件。

应用DP－Modeler软件，结合倾斜摄影影像与空三成果数据，以人工干预的方式对建模区域内三维模型进行细节整饰、纹理修补，实现精细化建模。

首先将初始化模式转化成OSG格式，创建索引文件，在通过配置解决方案将．XML空三成果与纠正影像一一对应，导入OSG格式的模型，在带有空间几何信息和纠正后的影像上联动初始三维模型，浏览模型场景查看模型是否出现纹理拉花、破洞等问题，若检查到问题模型需将模型独立分离出来，再利用DP－Modeler软件提供的辅助建模工具从多角度精细勾勒三维模型建筑细节，从影像集中选取适合的纹理图像进行纹理自动映射，完成模型贴图，实现精细化建模。

3.3数据预处理
检查原始影像的重叠度是否满足航摄规范要求，影像旋偏角，俯仰角等是否满足摄影测量规范要求。

原始影像质量，有无阴影，色彩是否鲜明，如果影像色彩较差，可以进行匀色处理。

从原始影像中整理出针对试验测区有效部分的影像，删除无人机转弯处的影像，整理原始Pos数据，建立原始影像名称与Pos点名称一一对应的关系，并建立Photomesh处理系统所支持的EO表(固定格式的EXCEL表)。

3.4水面综合修复
倾斜摄影测量采集的影像数据为分辨率较高的图像，高分辨率影像能够为模型提供精细的纹理但也会将有些不足记入影像，如水面波纹、倒影、反射光晕等，这些问题会影响特征点的匹配从而降低匹配的精度和效率。

因此需要对水面问题进行综合处理。

由于水面状况复杂，高度自动化处理方法无法针对性地完成修复工作，需要一定的人工干预。

在处理水面弱纹理问题时，则采用半自动化方式，避免将弱纹理作为特征点，减少水面破面、悬浮等模型问题的出现。

计算机基于颜色、亮度、形状及连续性等属性来确定水面范围，通过确定弱纹理波段范围进行特定波长消除处理。

3.5点云数据与TIN模型构建
点云数据是指资料以点的形式记录，每个点包含有三维坐标，有些数据还可能含有颜色信息。

通过多视像密集匹配获取的准确的同名点坐标，可利用Photomesh系统多核多节点同步计算，加快计算速度，快速生成高密度高精度的三维点云模型。

三维点云模型数据量较大，需要进行切割，减小数据量以便于加快运算速度，并对切块的点云数据进行不规则三角网构建，简称三角网。

通常是将点云数据构建不同级别的LOD数据(Levelsofdetail，LOD)下的三角网模型，经过优化，数据降维等方法，构建TIN模型。

3.6利用空三成果修复模型
空三加密即解析空中三角测量，是利用区域内分布的控制点来计算测区中影像外方位元素及加密点坐标。

空中三角测量过程是利用倾斜摄影测量技术进行模型建设的关键环节，经过空三运算后获取的影像上任意一点都具备空间几何信息。

基于倾斜摄影三维模型优化主要是基于空三加密成果和初始化重建三维模型进行模型的修复，通过同名点将多张影像进行穿刺对比，选择影像倾斜、变形小的倾斜影像提取纹理，进行匀色变形处理，在根据空三后影像绘制三维模型，自动完成模型纹理贴图。

结束语
本文通过倾斜摄影测量三维模型优化方法研究，以此达到了精细建模的目的，提高建模质量和效率。

将高质量的三维模型应用于城市规划、水利工程、矿山探测等多行业中，为行业管理提供科学参考和辅助决策依据。

相信随着技术的不断发展，倾斜摄影测量三维模型质量会越来越高，技术会愈发成熟，应用的领域也会越来越宽广。

参考文献
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