Agisoft PhotoScan在立面測(cè)量中的應(yīng)用

邵萬(wàn)里

(漳州市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，福建 漳州 363000)

1 引 言

在城市化愈演愈烈的當(dāng)今社會(huì)，新舊建筑的對(duì)比已愈發(fā)明顯，尤其是城市臨街舊建筑的立面，存在著材料老化、色彩斑駁等問(wèn)題，破壞了城市街道的整體形象。隨著人們對(duì)城市景觀要求的不斷提高，各大中城市紛紛進(jìn)行城市街道景觀整治工作[1]。作為街道立面整治工作或建筑物改(擴(kuò))建工程的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建筑立面圖的繪制顯得尤為重要[2]。

建筑立面圖的測(cè)繪方法較多，常規(guī)方法包括全站儀野外測(cè)量、三維激光掃描、多基線數(shù)字近景攝影測(cè)量等。上述作業(yè)方法存在一些局限性，如作業(yè)強(qiáng)度大、設(shè)備昂貴、內(nèi)業(yè)相對(duì)煩瑣等[3，4]。

本文提出的作業(yè)方法外業(yè)僅需手持?jǐn)?shù)碼相機(jī)拍攝相片，并丈量一至兩個(gè)尺寸(已有現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的大比例尺數(shù)字地形圖的情況下可省略此步驟)，用Agisoft photoscan軟件對(duì)拍攝的數(shù)碼相片進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，整個(gè)處理的流程中人工干預(yù)少。在作業(yè)強(qiáng)度、人員及設(shè)備投入、內(nèi)業(yè)處理等環(huán)節(jié)均有較明顯改善。

Agisoft photoscan軟件是俄羅斯Agisoft公司研發(fā)的一款基于影像自動(dòng)生成高質(zhì)量三維模型的優(yōu)秀軟件，它根據(jù)最新的多視圖三維重建技術(shù)，可對(duì)具有一定重疊率的數(shù)碼相片進(jìn)行處理。整個(gè)工作流程無(wú)論是影像定向還是三維模型重建，過(guò)程都是完全自動(dòng)化。

2 作業(yè)流程

2.1 作業(yè)流程圖(如圖1所示)

圖1 作業(yè)流程圖

2.2 獲取數(shù)碼相片

數(shù)碼相片的拍攝是整個(gè)作業(yè)流程中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，相片的分辨率、重疊度以及外界拍攝條件影響成果的精細(xì)程度。

拍攝要求及注意事項(xiàng)[5]：

選擇普通家用數(shù)碼相機(jī)即可；

避免使用超廣角和魚眼鏡頭；

固定鏡頭是首選。如果使用變焦鏡頭，焦距應(yīng)設(shè)置為最大或最小值；

按圖2所示，盡量確保拍攝角度垂直于建筑物外墻面。

圖2拍攝角度

確保所需繪制立面圖的區(qū)域至少有2張相片覆蓋，對(duì)于一張相片無(wú)法拍全的建筑物立面，可將該立面分部分拍攝，但各相鄰部分需保證有60%(經(jīng)驗(yàn)值)重疊率。重疊度不夠的區(qū)域往往在建筑物邊緣部分。

2.3 建筑物立面已知尺度的獲取

利用現(xiàn)勢(shì)性好的1∶500數(shù)字化地形圖內(nèi)業(yè)量取該立面的長(zhǎng)度或?qū)挾龋蝗魺o(wú)地形圖等資料可利用時(shí)，需實(shí)地丈量?jī)膳d趣點(diǎn)之間的距離。

2.4 內(nèi)業(yè)處理主要流程

(1)新建工程

建立工程文件，導(dǎo)入數(shù)碼相片，通過(guò)軟件自檢，在保證重疊度的前提下把相片質(zhì)量值小于0.8的刪除，對(duì)于有漏洞的區(qū)域需要外業(yè)補(bǔ)拍。

(2)對(duì)齊照片

工程建立后，通過(guò)軟件“對(duì)齊照片”功能進(jìn)行相片配準(zhǔn)并提取連接點(diǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)“對(duì)齊照片”對(duì)話框修改匹配的精度等級(jí)以及點(diǎn)的密度等參數(shù)。圖3為提取點(diǎn)云后的連接點(diǎn)分布情況。

圖3 提取點(diǎn)云

(3)標(biāo)定標(biāo)記

從1∶500地形圖中量取建筑物長(zhǎng)度為 10.85 m，將標(biāo)記準(zhǔn)確標(biāo)定在相片上，并對(duì)兩個(gè)標(biāo)記建立標(biāo)尺，如圖4所示。

圖4 建立標(biāo)尺

(4)優(yōu)化圖片對(duì)齊方式

將連接點(diǎn)糾正到新建的獨(dú)立坐標(biāo)系中，糾正后的點(diǎn)云尺度正確。

(5)生成密集點(diǎn)云

軟件可以生成可視密點(diǎn)云模型?；谙鄼C(jī)的估計(jì)方位，計(jì)算每個(gè)相機(jī)的深度信息來(lái)合成密集點(diǎn)云。

(6)生成網(wǎng)格

根據(jù)生成的密集點(diǎn)云構(gòu)建網(wǎng)格，Arbitratry表面類型可以用于任何對(duì)象的建模，如雕像、建筑物等。

(7)生成紋理

軟件在生成的網(wǎng)格上貼上建筑物的紋理細(xì)節(jié)，建模完成，如圖5所示。該模型不僅形象逼真，同時(shí)具有準(zhǔn)確的尺度關(guān)系。

圖5 紋理模型(數(shù)字1-16為本文后期添加便于描述)

(8)立面圖繪制與成果導(dǎo)出

如圖6所示，利用軟件自帶的畫線、畫面等功能可直接在模型上進(jìn)行立面圖的繪制，用導(dǎo)出功能將描繪的立面圖導(dǎo)出常用的DXF格式。

圖6 畫點(diǎn)、畫線、畫面功能

3 精度對(duì)比分析

在該立面上較均勻地量取一些特征點(diǎn)間的距離與外業(yè)全站儀采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比情況如表1所示：

尺寸對(duì)比圖 表1

4 結(jié) 語(yǔ)

本文簡(jiǎn)述了用Agisoft photoscan軟件處理數(shù)碼相片并進(jìn)行立面圖繪制的流程，并驗(yàn)證該作業(yè)方式可靠。在已有現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的大比例尺地形圖的前提下可避免架設(shè)全站儀進(jìn)行重復(fù)測(cè)繪，即使在無(wú)現(xiàn)狀地形圖可利用的情況下外業(yè)也僅需量取一個(gè)尺寸即可。內(nèi)業(yè)處理過(guò)程自動(dòng)化以及軟件自帶的聯(lián)機(jī)并行處理功能均可大大提高內(nèi)業(yè)工作效率。

手持拍攝對(duì)低矮建筑物比較適用，而對(duì)高層建筑物，可借助無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍攝。有進(jìn)一步需求的測(cè)繪單位可借助手持云臺(tái)，對(duì)立面進(jìn)行嚴(yán)格正射拍攝生成正射影像圖。設(shè)計(jì)人員可直接在正射影像圖上進(jìn)行立面設(shè)計(jì)，改變以往需要邊設(shè)計(jì)邊參照現(xiàn)場(chǎng)拍攝回來(lái)的零散相片。