傾斜攝影測量在城市三維建模中的應(yīng)用

李玖

摘 要：城市作為現(xiàn)代文明的中心，逐步成為了社會(huì)變革的主要標(biāo)志。在當(dāng)今城市化進(jìn)程中，城市建筑物的信息的測量已經(jīng)不滿足于現(xiàn)在落后的、拍攝時(shí)間長的傳統(tǒng)方式，而是需要通過建設(shè)城市區(qū)域的三維建模，并采用將數(shù)字地面采集技術(shù)和傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)相結(jié)合的傾斜攝影技術(shù)，以此對城市的空間信息進(jìn)行綜合管理和服務(wù)，才能夠滿足當(dāng)前城市快速發(fā)展所面臨的應(yīng)用需要。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)正射影像；傾斜攝影測量；城市三維建模

傾斜攝影測量技術(shù)作為一個(gè)新興的廣受矚目的技術(shù)方法，不再局限于傳統(tǒng)正射影像的只能從垂直角度拍攝的方式，它通過將多臺傳感器放置在同一飛行平臺上，再同時(shí)從垂直、前視、后視、左視、右視等多個(gè)不相同的角度采集影像，從而反映地物更加真實(shí)的實(shí)際情況，并獲取地面建筑物更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，便于內(nèi)業(yè)人員分析整理數(shù)據(jù)，從而極大的補(bǔ)充了傳統(tǒng)攝影影像應(yīng)用的不足，所以在城市三維建模中有廣泛的應(yīng)用前景。但國內(nèi)的城市三維建模中的傾斜攝影測量技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段，需要進(jìn)一步的研究和對其進(jìn)行近一步推廣。據(jù)此，本文將重點(diǎn)針對傾斜攝影測量的相關(guān)技術(shù)和展開相關(guān)的探究工作。

一、傾斜攝影測量的相關(guān)技術(shù)

基于傾斜攝影數(shù)據(jù)的三維測量技術(shù)主要研究傾斜攝影測量的基本原理、傾斜攝影測量的特點(diǎn)、傾斜攝影測量的相關(guān)技術(shù)等三大部分。

⑴傾斜攝影測量的基本原理。通過將多臺傳感器放置在同一飛行平臺上，除了運(yùn)用傳統(tǒng)攝影測量的垂直角度，傳統(tǒng)航空攝影測量被先進(jìn)技術(shù)處理從而制作4D產(chǎn)品外，為了獲取地面上的建筑物的側(cè)面的紋理信息還增加了前視、后視、左視與右視其他四個(gè)不同的角度采集影像，前視、后視、左視與右視四個(gè)傾斜攝影影像，要求采集影像的傾斜角度在15°—45°之間。在一個(gè)時(shí)段內(nèi)，為了選擇最清晰的一張制作細(xì)部紋理，內(nèi)業(yè)人員需要連續(xù)拍攝幾組影像重疊的照片，并且在這些相片中都能找到同一建筑物，這樣內(nèi)業(yè)人員可以在最后對傾斜影像進(jìn)行分析和整理分析。

⑵傾斜攝影測量的特點(diǎn)。特點(diǎn)一：地物周邊情況被真實(shí)的反映出來。傾斜攝影測量所獲得三維數(shù)據(jù)可真實(shí)地反映地物的外觀、位置、高度等屬性，增強(qiáng)了三維數(shù)據(jù)所帶來的真實(shí)感，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工模型仿真度低的缺點(diǎn)。特點(diǎn)二：單張影像測量可通過傾斜影像實(shí)現(xiàn)。通過使用對應(yīng)著的應(yīng)用軟件，可直接實(shí)現(xiàn)包括長度、高度、角度、坡度等的量測，這使得應(yīng)用成果可用在公安、應(yīng)急、測繪、旅游、環(huán)保等行業(yè)。由此看出傾斜攝影技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用得到廣泛擴(kuò)展。特點(diǎn)三：可采集建筑物側(cè)面的紋理。針對城市三維建模的各種應(yīng)用，利用傾斜攝影在空間中成圖的規(guī)模巨大的特點(diǎn)，利用批量提取的先進(jìn)方式，能夠使城市三維建模的原料利用率大幅提高，減小污染并使成本減少。

⑶傾斜攝影測量的相關(guān)技術(shù)。技術(shù)一：多視影像聯(lián)合平差。多視影像聯(lián)合平差需要將影像間的相互遮擋的關(guān)系的方位元素和空間景物變形充分考慮在內(nèi)，為了得到相對較好的同名點(diǎn)匹配結(jié)果，需要對各級影像處理采取由粗到精的方式方法，運(yùn)用自由網(wǎng)光束法和同名點(diǎn)自動(dòng)匹配平差。技術(shù)二：多基元、多視影像匹配。近年來隨著計(jì)算機(jī)視覺的興起，逐漸發(fā)展起來了多基元、多視影像匹配。傾斜攝影測量的基本要素之一是影像匹配，多視影像又具有分辨率高、拍攝范圍大等特點(diǎn)，由此通過搜索多視影像上的特征，地面建筑物的二維數(shù)據(jù)就可以被確定下來，影像的三維特征就可以通過不同視角的二維特征轉(zhuǎn)化出來了。例如：墻面的確定可以先給予一定的權(quán)值，并且將墻面按種類進(jìn)行歸類，要想獲取建筑物的側(cè)面結(jié)構(gòu)，再將地面建筑物的各個(gè)墻面進(jìn)行平面掃描和分割，并提取出建筑物屋頂?shù)母叨群洼喞＜夹g(shù)三：攝影影像的糾正。首先根據(jù)各影像的方位元素的解算結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)挠跋衿ヅ淠繕?biāo)，進(jìn)行密集匹配和特征匹配，為了提高計(jì)算效率也可以引入并行算法。再將不同匹配目標(biāo)進(jìn)行融合，通過進(jìn)行濾波處理，形成統(tǒng)一的DSM。最后根據(jù)攝影圖像顯示的連續(xù)地形和離散的地面建筑物對象的空間分布和形狀特征，通過輪廓繪制、片面擬合、重建屋頂?shù)确椒ㄖ匦率占畔?，再根?jù)密集匹配和聯(lián)合平差的結(jié)果建立像方和物方的同名對應(yīng)關(guān)系，繼而建立全局優(yōu)化采樣的糾正。

二、城市三維模型建立方法

（一）城市基礎(chǔ)信息搜集

（1） 數(shù)字線劃圖

在數(shù)字測圖中，最為常見的一類就是數(shù)字線劃圖，它較全面地描述了目視效果與地表現(xiàn)象，它有的色彩。數(shù)字線劃圖為了表達(dá)地形及地面建筑物的地理矢量數(shù)據(jù)集，通常是用特定圖形符號或點(diǎn)、線、面的形式。坐標(biāo)點(diǎn)用來表示在矢量數(shù)據(jù)中的點(diǎn)要素，坐標(biāo)組用來表示線要素；面要素則表示為首尾點(diǎn)重合的一串坐標(biāo)組及相應(yīng)的屬性值，通過地面建筑物的外框和坐標(biāo)等信息可以使內(nèi)業(yè)人員快速生成白模。

（2） 城市測區(qū)劃分

首先收集數(shù)據(jù)與分析資料，再將相似的或相同的模型劃分為一個(gè)測區(qū)，最后將地物的四個(gè)側(cè)面傾斜影像進(jìn)行模型命名和紋理編號，這樣就方便了把相似紋理共享，更有利于項(xiàng)目管理。

（3） 地物傾斜影像

地物傾斜影像不僅能夠真實(shí)地反應(yīng)地物情況，而且還通過采用先進(jìn)的定位技術(shù)，嵌入精確的地理信息、更豐富的影像信息、更高級的用戶體驗(yàn)，極大地?cái)U(kuò)展了遙感影像的應(yīng)用領(lǐng)域，并使遙感影像的行業(yè)應(yīng)用更加深入。

（4） 地物屬性表

地物屬性表能詳細(xì)記錄地物的具體名稱，并對應(yīng)著模型名稱、坐標(biāo)、紋理編號、航向重疊、旁向重疊、航速、航高等信息。

（5） 結(jié)合表

結(jié)合表記錄了模型名稱，坐標(biāo)，編號，紋理等信息，便于查找出某個(gè)模型是由哪個(gè)作業(yè)員制作，哪個(gè)檢查員檢查，它是模型的分圖依據(jù)，也方便內(nèi)業(yè)人員對測繪項(xiàng)目或工程的管理。

（二）建筑模型細(xì)部分析

建筑模型可以直觀的表現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，彌補(bǔ)圖紙?jiān)诒憩F(xiàn)上的平面性和不生動(dòng)性。它既是設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)過程的一部分，同時(shí)也屬于設(shè)計(jì)的一種表現(xiàn)形式，被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)、房地產(chǎn)開發(fā)、商品房銷售、設(shè)計(jì)投標(biāo)與招商合作等方面。白模在初步具備建筑的外框，高程等信息后，再經(jīng)過內(nèi)業(yè)人員分析傾斜影像的具體細(xì)部，建造出建筑的屋頂，飄窗，老虎窗，觀景臺，陽臺，門斗等細(xì)部信息，合成精細(xì)白模。

（三） 模型紋理制作

利用傾斜影像和圖像處理軟件，對地面建筑的精細(xì)白模進(jìn)行紋理制作，由于紋理可以多次變換，因此只制作具有代表性的建筑物紋理即可。內(nèi)業(yè)人員在傾斜影像上找到建筑物的某個(gè)細(xì)節(jié)紋理，通過消失點(diǎn)、變換等方式精確制作建筑物的紋理。

（四）模型合并

內(nèi)業(yè)人員通常習(xí)慣將模型調(diào)整為正南正北的方向，并且將模型移動(dòng)到坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)行制作，制作完畢后，再將模型放回原有的位置，通過移動(dòng)，法線對齊，軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)等操作，將模型歸位，并將多人制作的模型統(tǒng)一合并為一個(gè)模型。

結(jié)束語

傾斜攝影是近年來興起的航空攝影新技術(shù)，是對傳統(tǒng)正射攝影的革命性突破，因其能夠從中低空采集地表物體的側(cè)面紋理信息，大大提高了快速自動(dòng)建模大面積連續(xù)影像的獲取效率，使得自動(dòng)建模取代造價(jià)不菲、效率低下的人工建模得以迅速推廣。本文講述了傾斜攝影測量的基本原理、特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)以及傾斜攝影測量在城市三維建模中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的攝影測量只能是在垂直方向，而傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了短板。傾斜攝影技術(shù)是對三維建模和傳統(tǒng)測繪兩者發(fā)起的革命，全新的技術(shù)或許會(huì)改變今后的行業(yè)發(fā)展。行業(yè)內(nèi)傾斜攝影產(chǎn)業(yè)鏈上下游的各個(gè)企業(yè)對未來的形勢極為看好，大力推動(dòng)下的傾斜攝影必然會(huì)得到更多關(guān)注。三維作為二維未來注定的發(fā)展趨勢，傾斜攝影已經(jīng)被擺在一個(gè)歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)的面前，需求帶動(dòng)著技術(shù)的發(fā)展，傾斜攝影擁有著無限的發(fā)展空間。傾斜攝影測量在城市三維建模中的應(yīng)用成果已得到了應(yīng)用驗(yàn)證，獲得了用戶的好評。而且其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，并具有重要的示范作用和推廣價(jià)值。

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