Leica RCD30傾斜攝影技術(shù)及其在實(shí)景三維建模中的應(yīng)用研究

李嶺

摘 要：傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量主要對(duì)地物的頂部進(jìn)行量測(cè)，而對(duì)地形地物側(cè)面信息的感知具有局限性，于是傾斜攝影測(cè)量成為近年來(lái)國(guó)際上快速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。傾斜攝影測(cè)量不僅能真實(shí)地反映地物情況，而且可通過(guò)先進(jìn)的定位技術(shù)嵌入精確的地理信息，提高三維城市模型的精度和建模速度，大幅降低三維城市建模成本，使數(shù)據(jù)更具時(shí)效性，擁有更好的用戶(hù)體驗(yàn)。本文提出一種半自動(dòng)城市三維單體模型提取的方法，并采用Leica RCD30數(shù)據(jù)對(duì)該方法及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測(cè)量；Leica RCD30；三維建模

中圖分類(lèi)號(hào)：P235.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）20-0016-02

Research and Application of Leica RCD30 Oblique

Photogrammetric Technology in Urban 3D Modeling

LI Ling

（Hexagon Solutions （Qingdao） Co.， Ltd.，Wuhan Hubei 430074）

Abstract：The traditional aerial photogrammetry mainly measured the top of the ground objects， while the perception of the side information of the terrain is limited， so the tilt photogrammetry has become a new technology which has developed rapidly in the world in recent years. The tilt photogrammetry can not only reflect the real situation， but also can embed accurate geographic information through advanced positioning technology， improve the precision and speed of modeling of the 3D city model， greatly reduce the cost of 3D city modeling， make the data more timeliness， and have a higher user experience. In this paper， a semi-automatic method for extracting 3D urban monomer model was proposed， and the method and its implementation process were verified by Leica RCD30 data.

Keywords： oblique photogrammetry；Leica RCD30；3D city modeling

1 研究背景

隨著“智慧城市”“數(shù)字城市”建設(shè)的全面鋪開(kāi)，構(gòu)建數(shù)字城市實(shí)景三維模型也逐步步入快速發(fā)展階段。從最初的手工建模、基于工具的建模已發(fā)展為基于LIDAR點(diǎn)云和傾斜影像的三維建模。

近年來(lái)，傾斜攝影平臺(tái)的出現(xiàn)也推動(dòng)著三維建模技術(shù)的發(fā)展，如美國(guó)Pictometry公司的Pictometry攝影測(cè)量系統(tǒng)、徠卡RCD30相機(jī)，北京四維遠(yuǎn)見(jiàn)信息技術(shù)有限公司的SWDC-5等[1]。在2008年第21屆ISPRS大會(huì)上，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是大會(huì)的重要議題。新型多角度、多線（面）陣數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用為多視影像和大角度傾斜影像的采集提供了可能；高性能傾斜攝影測(cè)量處理系統(tǒng)的改進(jìn)使得傾斜影像的處理更加快捷。

本文以?xún)A斜攝影測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)，以采用徠卡RCD30傳感器采集的瑞士蘇黎世的傾斜影像為研究對(duì)象，對(duì)其精度和生產(chǎn)效率進(jìn)行評(píng)定。

2 RCD30傾斜航攝儀

Leica RCD30 Oblique相機(jī)系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的傾斜攝影測(cè)量相機(jī)，是國(guó)際著名精密光學(xué)儀器制造商瑞士徠卡公司設(shè)計(jì)制造的最新產(chǎn)品，專(zhuān)為高精度三維城市模型和帶狀地形圖應(yīng)用而設(shè)計(jì)。Leica RCD30 Oblique相機(jī)擁有獨(dú)特的攝影測(cè)量設(shè)計(jì)特點(diǎn)，不僅能提供優(yōu)質(zhì)的圖像質(zhì)量和極高的精度，也具有極高的靈活性。Leica RCD30 Oblique相機(jī)中的單個(gè)鏡頭均為可量測(cè)型，為數(shù)字城市建設(shè)提供了絕佳的數(shù)據(jù)獲取方案。

3 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)是在傳統(tǒng)垂直攝影測(cè)量的基礎(chǔ)上增加前后左右4個(gè)方向的傳感器，同時(shí)拍攝1組正攝和4個(gè)傾斜等5個(gè)不同角度的相片，記錄坐標(biāo)、航高和重疊度等參數(shù)，然后對(duì)傾斜影像進(jìn)行分析和整理。

4 基于Leica傾斜攝影技術(shù)的半自動(dòng)三維建模方法

本節(jié)詳細(xì)介紹一種基于RCD30傾斜攝影的半自動(dòng)三維建模方法，通過(guò)該方法可以快速提取實(shí)景單體三維城市模型。首先，在3D攝影測(cè)量工作站上提取建筑物屋頂?shù)倪吚€，結(jié)合點(diǎn)云（LiDAR或者DSM數(shù)據(jù)）和DTM，生成白模；其次，基于傾斜影像進(jìn)行紋理映射。作業(yè)流程見(jiàn)圖1。

4.1 空中三角測(cè)量

光束法空中三角測(cè)量系統(tǒng)具有嚴(yán)密的平差數(shù)學(xué)模型等先進(jìn)技術(shù)，為帶有GPS/IMU定向數(shù)據(jù)的Leica RCD30傳感器提供了完善的工作流程，不需要很多地面控制點(diǎn)，而且保證了較好的精度。

4.2 傾斜點(diǎn)云自動(dòng)提取系統(tǒng)

該方法基于SGM算法直接從影像中產(chǎn)生高密度點(diǎn)云。這些點(diǎn)云不僅為每個(gè)點(diǎn)提供了X，Y，Z坐標(biāo)信息，還包含了從原始影像中獲取的輻射信息。

4.3 屋頂邊廓線采集

基于航空影像和空三加密后的數(shù)據(jù)，在全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)平臺(tái)下，采集建筑物的外輪廓與高程，并生成框架模型。

4.4 自動(dòng)紋理貼圖

采用基于傾斜的自動(dòng)紋理注冊(cè)和映射技術(shù)，將獲取的影像與建筑物表面進(jìn)行最佳匹配[2]，從而選擇質(zhì)量最佳的影像作為紋理數(shù)據(jù)源，并利用遮擋算法自動(dòng)計(jì)算遮擋。建筑物紋理重建效果如圖2所示。

5 實(shí)驗(yàn)及評(píng)價(jià)

2014年1月，徠卡公司使用RCD30傾斜相機(jī)獲取了瑞士蘇黎世70km2的傾斜影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)地面分辨率為8cm，像素大小為5.2μm，影像尺寸為10 336pixel×7 788pixel。本文利用徠卡傾斜數(shù)據(jù)處理平臺(tái)生成了該地區(qū)的三維模型。

經(jīng)過(guò)空三定向，最終本測(cè)區(qū)控制點(diǎn)在X，Y，Z方向的中誤差分別為0.071、0.074m和0.083m，最大誤差為0.12、0.10m和0.14m，精度較好。

該方法建立的三維模型采用真實(shí)的影像，保證了模型的高精度和真實(shí)性。蘇黎世的三維模型效果見(jiàn)圖3。

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，三維建模的平均速度為0.25km2/（人·天）。采用人工建模方式要花費(fèi)幾年的時(shí)間才能完成，而通過(guò)傾斜攝影的方式，幾個(gè)月即可完成，大大提升了工作效率，降低了成本。

6 結(jié)論

通過(guò)以上研究可以得出：①本文提出的基于Leica RCD30的三維建模方法相對(duì)于傳統(tǒng)三維建模來(lái)說(shuō)自動(dòng)化程度高，解決了傳統(tǒng)建模紋理采集、粘貼耗時(shí)耗力的問(wèn)題，提升了三維建模的效率；②傾斜攝影是從高空獲取地面信息，對(duì)于遮擋嚴(yán)重或房屋密集的區(qū)域可通過(guò)補(bǔ)拍或街景融合進(jìn)行建模，達(dá)到預(yù)期效果；③該建模方式能提取單體化的三維建筑物模型，不僅可用于三維可視化瀏覽，還可進(jìn)行可視化查詢(xún)和分析，應(yīng)用價(jià)值較高。

參考文獻(xiàn)：

[1]張平，劉怡，蔣紅兵.基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的“數(shù)字資陽(yáng)”三維建模及精度評(píng)定[J].測(cè)繪，2014（3）：115-118.

[2]閆利，程君.傾斜影像三維重建自動(dòng)紋理映射技術(shù)[J].遙感信息，2015（2）：31-35.