無人機傾斜攝影實景三維建模分析與質(zhì)量評價

馬昭輝

（北京中色地科測繪有限公司，北京 101300）

MA Zhao-hui

(Beijing CNNC Institute of Surveying and Mapping Co.Ltd.,Beijing101300,China)

1 引言

在無人機傳統(tǒng)傾斜攝影建模系統(tǒng)運行過程中，主要是在工作面中心進行相機的垂直豎立。隨后沿四個方向分別布設(shè)一光軸與水平面成45°的相機。上述布設(shè)方式，雖然可以獲得多張影像，但是不同角度影像覆蓋度、重疊度較高，額外工作量較多，再加上無人機飛行中傾斜角度控制問題，導致實際運行效益不佳。因此，探究無人機傾斜攝影實景建模新方式具有非常重要的意義。

2 無人機傾斜攝影實景三維建模優(yōu)勢

基于無人機傾斜攝影實景三維建模的方式，廣泛用于資源管理、三維導航、城市旅游管理、安保警戒等模塊[1]。其不僅可以實現(xiàn)一次飛行獲取同一地物或者特征點三張以上的不同角度高精度影像的覆蓋，而且可以降低工作成本及工作風險。

3 無人機傾斜攝影實景三維建模

3.1 無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)線路

在無人機傾斜攝影實景三維建模前期，技術(shù)人員需要依據(jù)所需獲取的航攝、像控測量數(shù)據(jù)情況，進行技術(shù)線路的預先設(shè)置。整體無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)線路主要包括工作準備、模型構(gòu)建兩個模塊[2]。其中工作準備主要包括航攝數(shù)據(jù)下載及預處理、傾斜攝像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、外業(yè)像控測量、像控測 量數(shù)據(jù)等幾個模塊。而模型構(gòu)建主要是在Smart 3D工作集群構(gòu) 建的基礎(chǔ)上，進行空中三角測量、密集點云生成、基于點云的TIN模型構(gòu)建、紋理切片自動映射、場景構(gòu)建等幾個模塊。

3.2 無人機傾斜攝影實景三維建模方案實踐

首先，在無人機傾斜攝影實景三維建模前期，需要具有一定重疊度的多個視角的POS數(shù)據(jù)、像控測量成果、影像數(shù)據(jù)等。此時需要利用多鏡頭傾斜云臺從不同視角相機中提取影像數(shù)據(jù)。同時為保證數(shù)據(jù)處理效率，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可進行Smart 3D工作集群構(gòu)建。即在集群電腦接入同一局域網(wǎng)之后，允許主機電腦中存放影像數(shù)據(jù)、位置盤與同一局域網(wǎng)中集群電腦共享，并修改主機電腦盤符，同時在同一局域網(wǎng)其他集群電腦中進行M盤映射的構(gòu)建。此時，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可在M盤中進行Smart 3D Block構(gòu)建。

其次，為保證無序影像在空間層面可相互對齊，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可以影像空中三角加密為核心，在3DView中沿數(shù)據(jù)載入——影像特征點提取——同名特征點匹配——影像外方位元素反算——加密結(jié)束——空中三角加密后成果導出順序，進行數(shù)據(jù)可視化操作。需要注意的是，在空中三角加密后成果導出階段，為保證成果信息的有效性，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可將最終結(jié)果轉(zhuǎn)換為XML格式的數(shù)據(jù)。

再次，在空中三角加密作業(yè)結(jié)束之后，為保證空中三角加密階段影像匹配精度及空中三角加密成果控制效果，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可以在軟件中預先導入具有像控點投影文件，進行像控點加密[3]。

最后，在像控點加密完成之后，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可根據(jù)Smart 3D軟件中建模項目自動劃分的若干個瓦片運行特點，逐步進行密集點云生成、Yin模型構(gòu)建、紋理自動映射等操作，以獲得完善的無人機傾斜攝影實景三維模型。

在具體工作開展過程中，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可根據(jù)空中三角測量運算，提取影像外方位元素。隨后結(jié)合多視角影像密集匹配，可得到密度較高的數(shù)據(jù)點云。同時考慮到數(shù)據(jù)點云數(shù)據(jù)量較大，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可將數(shù)據(jù)分塊后，進行多層細度的Tin模型構(gòu)建。隨后無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可根據(jù)三角網(wǎng)畫面去讀變化，對Tin模型進行簡化。在這個基礎(chǔ)上，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可以紋理影像為依據(jù)，將簡化后Tin模型進行配準、貼圖，并進行多細節(jié)、多層次的LOD組織結(jié)構(gòu)設(shè)置。

4 無人機傾斜攝影實景三維建模質(zhì)量評價

4.1 項目區(qū)概況

在***街區(qū)與建筑保護項目中，利用無人機對***街區(qū)中央商務(wù)區(qū)核心區(qū)2.85km2區(qū)域進行了十字交叉航線法區(qū)域傾斜影像采集，并通過傾斜攝像測量技術(shù)進行了初始三維建模，同時對區(qū)域內(nèi)多處重點保護建筑進行了三維精細化建模。

4.2 無人機傾斜攝影實景三維建模精度影響因素

基于無人機傾斜攝影實景測量技術(shù)生成的初始三維模型具有不同類型的畸變情況：首先，無人機姿態(tài)變化、顛簸等操作，會直接導致無人機傾斜攝影影像重疊度、幾何畸變，進而導致無人機傾斜攝影實景三維模型出現(xiàn)凸包、破洞情況[4]。

其次，大氣環(huán)境噪聲、不同時段光照變化，均會導致無人機傾斜攝影實景三維模型出現(xiàn)飛面、凸包、紋理不均、破洞情況。

最后，影像主控點落水、影像分辨率不足、影像模糊等問題，均會導致無人機傾斜攝影實景三維模型地物模型邊緣平滑度不足、水面缺失等問題。

4.3 無人機傾斜攝影實景三維建模二次優(yōu)化

基于上述無人機傾斜攝影實景三維模型建立過程中出現(xiàn)的精度影響因素，初始生產(chǎn)的無人機傾斜攝影實景三維模型并不能滿足實際工程應用需求。因此，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員應在初始模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，利用幾何修復、細節(jié)整理裝飾、紋理修補等措施，對無人機傾斜攝影實景三維模型進行二次優(yōu)化措施。其中，幾何修復主要針對無人機傾斜攝影實景三維模型破洞、凸包等問題，進行修補、抹平還原。同時篩除飛面碎部，而細節(jié)整理裝飾主要是利用替換或者修補措施，進行重要地物、標志物的處理；紋理修補則是通過替換、修補等措施，進行不均勻紋理處理。

除以上方法之外，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)模型可以結(jié)合傳統(tǒng)建模優(yōu)勢，針對無人機傾斜攝影實景三維模型中待改進地物目標或者區(qū)域，進行二次處理。如無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可以利用前期攝影測量空中三角加密成果，根據(jù)若干均勻分布于區(qū)域內(nèi)控制點，利用立體測圖技術(shù)。經(jīng)三維模型瓦片分割——數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換——重點目標及區(qū)域提取——破洞修補+凸包整平+細節(jié)整理銹蝕+模型替換+水面修復——成果輸出，進行模型輔助編輯優(yōu)化系統(tǒng)開發(fā)應用。無人機傾斜攝影實景三維模型輔助編輯優(yōu)化系統(tǒng)主要針對具體過程，進行目標模型區(qū)域的處理[5]。以凸包變形處理為例，無人機傾斜攝影實景三維建模技術(shù)人員可以利用空中三角加密成果，進行空中三角校正影像——自動紋理提取——均勻變色處理——自動紋理貼圖等過程，保證無人機傾斜攝影實景三維模型問題的有效處理。

5 結(jié)語

綜上所述，在數(shù)字地球、建筑物景觀設(shè)計、智慧社區(qū)不斷發(fā)展的背景下，人們逐漸認識到了建立具有真實紋理的數(shù)字城市三維模型的市場價值。基于無人機傾斜攝影實景三維模型具有低成本、高分辨率、低風險、高時效的優(yōu)良特點。因此，為保證無人機傾斜攝影實景三維模型實際價值的充分發(fā)揮，相關(guān)人員可在研究無人機傾斜攝影實景三維建模方法的基礎(chǔ)上，對無人機傾斜攝影實景三維模型可以達到的精度水平進行深入探究，明確無人機傾斜攝影實景三維模型質(zhì)量影響因素，為無人機傾斜攝影實景三維模型的有效應用提供依據(jù)。