无人机倾斜摄影测量数据获取及处理解析

无人机倾斜摄影测量数据获取及处理解析
作者：崔广汛
来源：《装饰装修天地》2018年第15期
摘要：无人机具有机动、灵活、快速经济等特点，以无人机作为航空摄影平台能够快速高效地获取高质量、高分辨率的影像。

无人机在摄影测量中的优势是传统卫星遥感无法比拟的，越来越受到研究者和生产者的青睐，扩大了遥感的应用范围和用户群，具有广阔的应用前景。

无人机倾斜摄影技术主要通过在同一摄影平台上搭载多台传感器，从多个不同的角度进行数据的采集，快速、高效地获取丰富的数据信息。

由此获得的倾斜影像不仅能够真实地反映地物情况，满足人们对三维信息的需求，还可以反映土地利用方式，在进行城乡统筹规划、深化土地改革，以及监测规划实施等方面都可以发挥重要的作用。

该技术目前已在欧美等发达国家广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收等行业。

无人机倾斜摄影测量是未来航空摄影测量的重要技术补充，逐步从研究开发阶段发展到了实际应用阶段。

关键词：无人机；倾斜摄影测量；数据获取；数据处理
1 无人机倾斜摄影数据获取
1.1 无人机倾斜摄影原理
无人机倾斜摄影是摄影机主光轴明显偏离铅垂线或水平方向并按一定倾斜角进行的摄影。

倾斜摄影装置安置在旋翼机等小型无人机设备上，其特征包括：多台（一般为5台）高空间分辨率面阵数码相机，以一定角度安装在航空摄影稳定平台上。

本次航飞采用的倾斜摄影装置包括下视相机、前视相机、后视相机、左视相机、右视相机5个相机镜头。

下视相机为垂直摄影，前视相机、后视相机、左视相机和右视相机都为倾斜摄影，倾斜角度在15°～45°之间。

通过同时从垂直、倾斜等多个不同的角度采集影像，相机之间通过时间同步装置进行成像时间精确对准；通过姿态测量装置获取影像姿态和位置参数；由计算机控制系统，负责对以上部件进行数据采集控制，发送同源触发信号启动多台面阵相机，实现同步数据采集，由数据存储装置负责数据的存储维护，通过后续处理运算，可以生成符合人眼视觉的真实三维直观数据模型。

1.2 倾斜摄影数据采集
无人机倾斜摄影技术弥补了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从1个垂直、4个倾斜等5个不同的角度采集影像，能够生成符合人眼视觉的真实直观的影像效果。

本次航飞采用的是八旋翼无人机搭载倾斜摄影相机，飞行高度280m，航摄影像分辨率为0.05m，航向与旁向重叠度为80%。

根据测区的具体情况，确定航摄区域内最高点海拔、最低点海拔和区域平均海拔，以确定满足需要的飞行高度，规划无人机飞行航线，获取相关的无人机数据。

无人机数据的获取主要包括无人机外业组进场、航测前准备、数据获取和航测后工作，其间伴随着严格的项目管理与监督和质量控制体系机制。

本次航飞共飞行一个架次，下视相机、前视相机、后视相机、左视相机、右视相机5个相机镜头获取的像片，分别放在5个文件夹里，每个镜头获取的像片张数应该是一致的，本次航飞共获取500张像片影像。

根据测区大小及具体地形，共布设了22个像控点，便于后期加密与检查。

2 无人机倾斜摄影数据处理
2.1 飞行数据整理
在数据处理前应先检查采集数据的完整性与可靠性，5个镜头数据应自动分别存放在相应的文件夹里，检查各个文件夹里的影像数量，各文件夹内影像数量应一致，如有多片或少片，应及时检查文件命名，删除错误像片，并确保整理后的像片与POS参数一一对应。

检查像片的航向、旁向重叠度是否符合要求，对重叠度不达标的区域，考虑进行补摄。

2.2 影像数据的处理
本次航飞数据的处理采用Smart 3D Captuer软件，支持广泛多样的影像采集设备，在Context Captuer Master模块中，新建工程，导入各种采集的数据，首先进行空中三角测量计算，可运算生成基于真实的超高密度点云，生成地表模型、正射影像以及空间三维模型重建等成果。

为获得最优精度和最佳性能，Smart 3D软件会将同一台相机在同一焦距和影像尺寸拍摄的影像定义为一个影像组，导入的影像必须被分入一个或多个影像组。

本次航摄影像按照拍摄的相机不同存放在不同子目录下，该软件可以自动确定相关的影像组。

通过参数设置及运算处理，最后得出影像图。

通过数据获取和处理研究可以看出，倾斜摄影测量技术借助无人机等飞行平台可以快速采集影像数据，实现接近真实的三維建模。

通过对比可以看出，传统正射影像图只能获得正面拍摄的影像图，虽然结合DEM数据可以实现“三维”显示，但由于缺乏侧面信息，显示效果较差。

而倾斜摄影测量所获得的三维数据可以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，弥补了传统摄影测量的缺点；可以在满足传统航空摄影测量的同时获得更多的有用数据。

目前发现的不足是：无人机倾斜摄影测量技术虽然实现了数据自动化处理，由于航向及旁向重叠率大，5个镜头同时拍摄，即使很小的区域覆盖也需要很大的数据
量，处理过程相当耗时，对计算机软硬件均有较高的要求，是否能进行联机运算、提高数据处理效率，有待进一步的探讨研究。

3 结束语
本文主要讲述了倾斜摄影测量在实际应用中的数据获取与数据处理，将八旋翼无人机作为飞行平台与倾斜摄影测量设备结合应用。

无人机具有便携、快速、灵活等特点，具有很强的使用价值，小型无人机的应用促进了倾斜摄影测量技术的进一步发展。

传统的遥感测量手段通常采用正射影像方法只能在垂直方向对建筑顶部进行模型重建，而对侧面的三维重建一直缺少有效的解决手段。

倾斜摄影测量技术采用对视角进行航拍，能够获取丰富的侧面信息，有效地解决了这一难题，处理出的影像数据可以转化成DSM、DOM与DLG等不同数据格式，扩大了其使用范围，可满足不同工程的需要。

无人机搭载倾斜摄影设备进行实际量测在实践中得到的结果比较理想，相信随着不断的研究和技术的发展，以后会更加成熟，应用领域会越来越广。

参考文献：
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