傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用研究

吳澤南 陳俊學(xué) 郝華東 劉永義 施浩磊

摘 要：本文首先闡述了傾斜攝影的原理，接著分析了傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，最后對(duì)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的展望進(jìn)行了探討。希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：測(cè)量技術(shù)；攝影；應(yīng)用

引言

傾斜攝影技術(shù)是由攝影技術(shù)和測(cè)量技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，不同于傳統(tǒng)的航拍技術(shù)和3D攝影技術(shù)，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，這項(xiàng)技術(shù)通過無(wú)人機(jī)等飛行平臺(tái)搭載多鏡頭相機(jī)，這里以5鏡頭為例，通過5個(gè)固定的攝影機(jī)位，一個(gè)正視相機(jī)采用垂直90°放置，其余前視、后視、左視和右視相機(jī)采用45度傾斜放置的方式，同時(shí)從五個(gè)不同的角度采集影像，通過后期算法將這些分別從不同角度獲取的影像拼合起來(lái)，獲得一個(gè)完善的數(shù)字模型。傾斜攝影技術(shù)在應(yīng)急指揮、測(cè)繪、國(guó)土安全、旅游、城市管理、監(jiān)控、環(huán)保等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。

1 傾斜攝影的原理

我們所處的視覺空間最簡(jiǎn)單的分為前、后、左、右、上、下6個(gè)面，常規(guī)影像（包括電影電視等），是代入觀眾視角去描述（或呈現(xiàn)）“前”這個(gè)平面，其他5個(gè)面忽略，而當(dāng)代的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是把6個(gè)面都進(jìn)行描述以再現(xiàn)或創(chuàng)造一個(gè)完整的影像空間[1]。大地的起伏相對(duì)于“上帝視角”來(lái)說(shuō)基本上可以描述為基本平面的結(jié)構(gòu)，各種人造建筑和自然景觀沿著這個(gè)面分布，因此絕大部分的地物形態(tài)都能夠通過“從上而下”的視角進(jìn)行描述和測(cè)量，早期的測(cè)量就是通過衛(wèi)星圖像進(jìn)行的，但是衛(wèi)星角度太高，對(duì)地物立體形態(tài)描述能力太弱，且成本昂貴。采集地物的前后左右四個(gè)面，分別通過正投影去采集盡管更加精準(zhǔn)但是會(huì)使工作量指數(shù)級(jí)上升。

2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

2.1 多視影像技術(shù)

其實(shí)，關(guān)于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在實(shí)際工作當(dāng)中的應(yīng)用是非常廣泛的。該項(xiàng)技術(shù)的一大優(yōu)點(diǎn)就是測(cè)量的數(shù)據(jù)極為全面，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)也就讓該項(xiàng)技術(shù)可以被應(yīng)用在眾多的項(xiàng)目當(dāng)中。在我們?nèi)粘９ぷ鳟?dāng)中，如果要將這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的話，首先要做的事就是將被測(cè)事物的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行排列，在排列過程中我們依據(jù)的排列順序是對(duì)被測(cè)事物的測(cè)量順序。同時(shí)，我們?cè)趯?duì)數(shù)據(jù)測(cè)量的過程當(dāng)中，需要對(duì)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)這些參數(shù)的調(diào)整的依據(jù)主要是來(lái)源于。各個(gè)層面在測(cè)量過程當(dāng)中有可能給傾斜攝影測(cè)量技術(shù)帶來(lái)的影響。在上面的文章當(dāng)中，我們已經(jīng)提到過與傳統(tǒng)的測(cè)量方式相比該種方式具有更高的準(zhǔn)確性。之所以該種技術(shù)擁有更高的準(zhǔn)確性，是因?yàn)樵谑褂迷摲N技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的過程當(dāng)中，多視影像可以自動(dòng)進(jìn)行連接，然后可以通過一定的方式進(jìn)行計(jì)算，得出被測(cè)事物的所有相關(guān)數(shù)據(jù)[2]。

2.2 密集影像

雖然利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有許多好處，但是就目前的形勢(shì)而言，該種技術(shù)仍然具有一些難點(diǎn)尚未被攻克。所以在日常的運(yùn)用過程當(dāng)中，相關(guān)人員對(duì)該種技術(shù)需要極為重視。尤其是在對(duì)密集影像進(jìn)行處理的過程當(dāng)中，一定要注意影像是否會(huì)過于冗長(zhǎng)。在實(shí)際的處理過程當(dāng)中，要及時(shí)的找出影像當(dāng)中不需要的部分，將這部分進(jìn)行刪除，為后續(xù)的工作確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.3 三維測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)除了應(yīng)用在多視影像技術(shù)相關(guān)方面以外，還可以應(yīng)用到三維測(cè)量技術(shù)當(dāng)中。當(dāng)我們利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)某些區(qū)域進(jìn)行測(cè)量之后，可以將采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成矢量數(shù)據(jù)，以達(dá)到為后期工作做準(zhǔn)備的目的。其實(shí)這整個(gè)過程我們就將其稱為三維測(cè)量技術(shù)[3]。

2.4 模擬生成

在我們使用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的過程當(dāng)中，常常需要對(duì)其進(jìn)行模擬處理。利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行模擬生成的主要原理是，提取我們測(cè)量過程當(dāng)中得到的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成必要的矢量數(shù)據(jù)，再通過這些數(shù)量數(shù)據(jù)構(gòu)建出數(shù)學(xué)模型，從而達(dá)到模擬生成的目的。但是由于一些原因，我們?cè)诶脙A斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行模擬生成的過程當(dāng)中有可能會(huì)導(dǎo)致一些誤差的出現(xiàn)。為了有效避免這些誤差，我們?cè)趯?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的過程當(dāng)中，需要根據(jù)數(shù)據(jù)的特征，進(jìn)行全面的分析，同時(shí)還要結(jié)合地表特征進(jìn)行分析，從而降低誤差的數(shù)值。另外一點(diǎn)，在使用該項(xiàng)技術(shù)過程當(dāng)中，需要注意的是相關(guān)人員需要重新設(shè)定相應(yīng)的語(yǔ)義信息，這些語(yǔ)音信息包括邊緣提取，分割影像等等。同時(shí)，在測(cè)量的過程當(dāng)中，可以根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行詳細(xì)的排列，通過該種方式，可以有效的減少數(shù)據(jù)的誤差，保證模擬生成的質(zhì)量。

3 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的展望

新興的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，相比傳統(tǒng)的質(zhì)量技術(shù)而言，具有巨大的優(yōu)勢(shì)，并且隨著發(fā)展的不斷深入，該技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域也取得了不少的優(yōu)異成績(jī)，得到了廣泛人士的認(rèn)可，使用該種技術(shù)對(duì)某些區(qū)域或事物進(jìn)行測(cè)量，可以得到更快的數(shù)據(jù)反饋，并且數(shù)據(jù)的精度也更偉大準(zhǔn)確。另外，在利用該項(xiàng)技術(shù)的過程當(dāng)中，也可以結(jié)合現(xiàn)代新型的技術(shù)來(lái)進(jìn)行。例如通過無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行高空攝影，這不僅僅擴(kuò)展了這兩個(gè)面積，而且也可以得到更多的數(shù)據(jù)。由于該種技術(shù)是較為新型的技術(shù)，所以這項(xiàng)技術(shù)還有許多功能未被發(fā)掘出來(lái)，相關(guān)人員在使用這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，可以充分地對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的潛力進(jìn)行挖掘，開發(fā)該項(xiàng)技術(shù)的潛力。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，新興的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)是巨大的，該項(xiàng)技術(shù)也具有廣闊的發(fā)展前景。筆者主要講述了該項(xiàng)技術(shù)的研究背景、如何運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中以及未來(lái)的發(fā)展前景如何。希望通過本篇文章的講述，可以對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]王之卓.攝影測(cè)量原理[M].北京：測(cè)繪出版社，1979.

[2]劉洋.無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量影像處理與三維建模的研究[D].南昌：東華理工大學(xué)，2016.

[3]譚金石，黃正忠.基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的實(shí)景三維建模及精度評(píng)估[J].現(xiàn)代測(cè)繪.2015，38（5）：21-24.

基金項(xiàng)目：浙江省質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目（編號(hào)：20180130）、舟山市科技計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2017C32082）、河南測(cè)繪職業(yè)學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：JYZ201803）共同資助。