基于傾斜攝影測量構(gòu)建多級分辨率三維模型的設(shè)計(jì)與研究

劉程好

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，三維模型設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了多項(xiàng)高新技術(shù)，無人機(jī)傾斜攝影測量就屬于其中較為常用的一項(xiàng)技術(shù)。隨著長期以來的應(yīng)用實(shí)踐，該項(xiàng)技術(shù)得到了很好的發(fā)展。利用高重疊度圖像可以快速建立多級分辨率、高精度的三維模型，能夠更好地反映鏡頭區(qū)域的真實(shí)信息。

關(guān)鍵詞：三維模型;傾斜攝影測量;關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用

1、傾斜攝影測量概述

1.1傾斜攝影測量技術(shù)原理

傾斜攝影測量技術(shù)是近年來國際上發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)。通過這種多功能、全面的攝影、數(shù)據(jù)、圖像以及對收集到的數(shù)據(jù)和圖像的分析，可以同時連續(xù)記錄疊加圖像，同一物體可以出現(xiàn)在多張照片上，以便數(shù)據(jù)分析員可以分析物體結(jié)構(gòu)、紋理、圖像和數(shù)據(jù)。以獲得更好的用戶體驗(yàn)，為后續(xù)三維建模創(chuàng)造條件。

1.2傾斜攝影測量技術(shù)的特點(diǎn)

1.2.1真實(shí)性

傾斜攝影測量技術(shù)是對實(shí)景進(jìn)行測量和信息提取，直觀地展現(xiàn)了測量目標(biāo)物的真實(shí)畫面，反映了測區(qū)內(nèi)的實(shí)際情況。

1.2.2精準(zhǔn)性

該技術(shù)具有單張影像的精準(zhǔn)測量功能，能夠深度測量目標(biāo)的維度信息，同時保障數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性;

1.2.3低成本

降低了三維建模的成本，三維建模是傾斜攝影測量技術(shù)的一個重點(diǎn)內(nèi)容，該技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模成圖，并能夠?qū)δ繕?biāo)的紋理進(jìn)行有效提取，在一定程度上提高了三維建模的效率，降低了三維建模的成本。

2、傾斜攝影測量技術(shù)的研究現(xiàn)狀

傾斜攝影測量技術(shù)在國外研究的時間較長，經(jīng)過多年的實(shí)踐研究，技術(shù)發(fā)展相對成熟。而傾斜攝影測量技術(shù)在我國的發(fā)展時間較短，雖然起步晚，但在多項(xiàng)領(lǐng)域中進(jìn)行了不同程度的研究和應(yīng)用。

2.1在三維建模方面

相關(guān)專家學(xué)者近年來研究了傾斜攝影測量中三維模型的粗糙化及一體化技術(shù)。并提出了傾斜攝影測量與近景攝影測量相結(jié)合的方法，解決了山區(qū)城市地形復(fù)雜、難以建立三維模型的問題。

2.2在地形圖測繪方面

近年來，傾斜攝影測量技術(shù)越來越多的應(yīng)用在地形測繪工作中，研究了不同地形在三維模型上的映射。通過大量的試驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果驗(yàn)證了其可行性。在農(nóng)村房地一體測量中應(yīng)用傾斜攝影測量技術(shù)，主要是依靠CASS平臺建立三維模型，進(jìn)行矢量圖轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量。

3、傾斜攝影測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傾斜攝影測量系統(tǒng)主要由進(jìn)行圖像采集的設(shè)備及對能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理的軟件組成，而圖像采集設(shè)備又包括無人機(jī)操作系統(tǒng)、航向規(guī)劃軟件及攝像機(jī)構(gòu)成。

3.1圖像采集設(shè)備

3.1.1無人機(jī)系統(tǒng)組成

近年來無人機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，它屬于一種可搭載微型觀測設(shè)備的飛行平臺，利用無線電技術(shù)對無人機(jī)發(fā)送指令。一般配備單獨(dú)的控制系統(tǒng)。然而無人機(jī)有多重類型，按照各自的用途差異，均有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)。無人機(jī)系統(tǒng)主要由飛行平臺、任務(wù)裝置和地面控制站組成。當(dāng)無人機(jī)應(yīng)用于攝影測量時，只需要將無人機(jī)的飛行軌跡進(jìn)行設(shè)定，此時無人機(jī)就會按照設(shè)定好的軌跡飛行，執(zhí)行測量任務(wù)。

3.1.2航線規(guī)劃軟件介紹

近年來，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的過程中，信息軟件技術(shù)也得到了很大的提高。目前，市場上的航線規(guī)劃軟件，無論是品牌還是種類多種多樣。然而在軟件的選擇過程中，應(yīng)當(dāng)對其性能進(jìn)行重點(diǎn)觀察。對比軟件的適用性及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)不同的用途進(jìn)行選擇。

3.1.3攝像機(jī)分類

傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)中的攝像頭僅能在垂直角度方向進(jìn)行圖像拍攝，而傾斜攝影測量技術(shù)中配置的攝像頭具有側(cè)視及角度俯視拍攝的功能。常用的傾斜攝影拍攝所使用的攝像機(jī)鏡頭數(shù)量各有不同，鏡頭數(shù)量從單鏡頭一直到五鏡頭。而且在多鏡頭的攝像機(jī)中，各自鏡頭之間可以互相轉(zhuǎn)換。專用的傾斜攝影測量攝像機(jī)雖然價(jià)格較高，但是在圖片儲存方面方便快捷，便于數(shù)據(jù)傳輸和后期處理。在實(shí)際使用過程中，為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，有必要對攝像機(jī)進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)。

3.2傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理軟件分析

傾斜攝影測量軟件主要用于數(shù)據(jù)采集后的圖像處理。目前較為常用的主要有EPS軟件，EPS軟件應(yīng)用在傾斜攝影測量中，在數(shù)據(jù)格式不兼容及數(shù)據(jù)更新困難等方面有較好的應(yīng)用。在數(shù)據(jù)入庫及成圖方面實(shí)現(xiàn)了軟件類型的統(tǒng)一，它突破了采用傳統(tǒng)攝影測量方法繪制地形圖需要帶上立體眼鏡才能采集的局限。降低了對操作人員的要求，可以直接在三維模型上采集數(shù)據(jù)。

4、傾斜攝影測量技術(shù)在構(gòu)建多級分辨率三維模型中的應(yīng)用

4.1影像特征提取

提取屬性是計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理中的一個概念。特別是指使用計(jì)算機(jī)從圖像的同一點(diǎn)提取圖像信息，并確定圖像中的相同特征。對于提取，傾斜攝影測量技術(shù)是一個基礎(chǔ)。通過灰度梯度分布的細(xì)節(jié)，逐步確定位置和形狀。

4.2無人機(jī)影像匹配

對于無人機(jī)來說，雖然有很多應(yīng)用優(yōu)勢，但在應(yīng)用中也存在很多缺陷。由于體積小、重量輕，無人機(jī)在飛行過程中容易受到其他因素的影響，尤其是在風(fēng)力條件較差時，數(shù)碼相機(jī)的位置會受到風(fēng)力的影響，甚至難以進(jìn)行攝影測量。如果無法快速有效地解決這種情況，可能會導(dǎo)致重疊或角度錯誤。目前針對此問題的處理方式主要有：（1）影像金字塔;（2）SIFT算法;（3）BRISK算法。

4.3基于傾斜攝影測量技術(shù)的三維建模

該方式是目前最為先進(jìn)的技術(shù)之一，其中融合了多種先進(jìn)的技術(shù)，使得整體效果得以強(qiáng)化，其優(yōu)勢在于，在進(jìn)行拍攝時能夠從各個角度進(jìn)行，將正射影像缺點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化。應(yīng)用時其能夠?qū)Ω叨取㈤L度以及角度進(jìn)行高精度測量，也可以進(jìn)行單張量測，這也是以往技術(shù)所不具備的。在應(yīng)用到不同的環(huán)境中時，其也可以很好的適應(yīng)，并且支持與其他技術(shù)進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，另外，其覆蓋范圍較大，應(yīng)用成本低，具有靈活性，便于完成側(cè)面紋理的拍攝工作。

5、結(jié)束語

綜上所述，研究關(guān)于無人機(jī)傾斜攝影測量構(gòu)建多級分辨率三維模型方面的內(nèi)容具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，我國已經(jīng)開發(fā)了多種技術(shù)以滿足發(fā)展的需要。傾斜攝影測量多級分辨率超越了真實(shí)的三維場景，更直觀地顯示了界面的真實(shí)環(huán)境信息。因此，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的協(xié)同性和并行處理能力，管理信息技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，并逐漸成為城市空間數(shù)據(jù)框架的主要組成部分。傾斜攝影不僅是三維建模技術(shù)的主流，也是未來的發(fā)展方向。

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