傾斜攝影測(cè)量的城市真三維模型構(gòu)建辦法研究

陳赫曦

核工業(yè)二四〇研究所 遼寧 沈陽(yáng) 110000

引言

在過(guò)去城市模型建設(shè)中，受到技術(shù)條件的限制，難以保證模型構(gòu)建精度，更多的是偽3D城市模型。而傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)，為三維城市模型構(gòu)建提供了基礎(chǔ)支撐。在慣性導(dǎo)航、GPS技術(shù)加持下，讓傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的可用性進(jìn)一步提升。傾斜攝影測(cè)量通過(guò)多角度拍攝為核心，獲取到航空傾斜影像，反映出城市真實(shí)的地物情況，借助建模技術(shù)、融合技術(shù)、定位技術(shù)構(gòu)建真三維模型，極大地提升了城市三維建模的質(zhì)量和效率。

1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)相關(guān)闡述

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是在傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)上，增加了前后左右四個(gè)方向傳感器，同時(shí)拍攝正向以及四個(gè)傾斜的相片，拍攝中記錄航速、航向、航高等參數(shù)，之后整理傾斜影像，并做進(jìn)一步分析。相同地物景象最多有8張照片呈現(xiàn)，可以更好地分析建筑結(jié)構(gòu)，從中選擇最清晰的照片制作細(xì)節(jié)紋理，保證城市建模的真實(shí)性。相對(duì)于傳統(tǒng)影像技術(shù)，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以從多個(gè)角度觀察拍攝對(duì)象，讓地物情況反映更加真實(shí)[1]。配套使用相應(yīng)軟件，可以直接測(cè)量被測(cè)對(duì)象的長(zhǎng)度、高度、面積、角度、坡度等樹形。將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在城市真三維模型構(gòu)建中，借助成圖規(guī)模大、影像批量提取、貼紋理等優(yōu)勢(shì)，可大大降低城市真三維建模成本。

2 城市真三維建模流程

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在城市鎮(zhèn)三維建模中應(yīng)用需要借助street factory系統(tǒng)。其主要流程為：

分析數(shù)據(jù)資料，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，排除資料缺陷，保證建模資料完整，格式符合要求。

在空中用三角測(cè)量?jī)A斜影像，得到影像高精度方位元素。之后校正畸變，得出傾斜影像、高精度外方位元素，通過(guò)多視影像密集匹配，獲取到三維點(diǎn)云，即可構(gòu)建城市3D TIN模型。

在3D TIN模型當(dāng)中選擇最佳紋理信息，可以采用三角形面片的線法方程、二維圖像的夾角選擇，通過(guò)軟件的紋理自動(dòng)關(guān)聯(lián)功能即可完成。

紋理關(guān)聯(lián)后輸出即可得到城市真三維模型。

3 傾斜攝影測(cè)量在城市真三維模型構(gòu)建中的應(yīng)用

3.1 傾斜影像與空中三角測(cè)量

在傾斜影像當(dāng)中，過(guò)去采用的像點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量方法已經(jīng)被淘汰，而傾斜攝影測(cè)量當(dāng)中瞬時(shí)POS系統(tǒng)，可以直接通過(guò)觀測(cè)得到初始外方位元素，借助多個(gè)傳感器獲取的數(shù)據(jù)信息構(gòu)成模型，多視影像當(dāng)中對(duì)每個(gè)像元計(jì)算，借助像元的基線特征，可生成傾斜影像連接點(diǎn)，參照外業(yè)控制點(diǎn)得到區(qū)域網(wǎng)平差，這樣即可在多個(gè)視角下實(shí)現(xiàn)三角測(cè)量[2]。在整個(gè)使用當(dāng)中，其基礎(chǔ)硬件是傾斜相機(jī)，可組合成傳感器模型，可更好的模擬城市結(jié)構(gòu)，優(yōu)化航拍參數(shù)，確保連接點(diǎn)的精準(zhǔn)性。傾斜攝影技術(shù)具有多影像、多角度特性，三角測(cè)量必須保證精度達(dá)標(biāo)，因此要抓住以下幾個(gè)要點(diǎn)：

結(jié)合拍攝區(qū)域面積實(shí)現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)劃分，將其分解為多個(gè)子區(qū)域網(wǎng)空間，匹配連接點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算，將自動(dòng)降差點(diǎn)消除，調(diào)整人工點(diǎn)位，之后即可建設(shè)子區(qū)域空間，保證區(qū)域建設(shè)精度。

將所有的子區(qū)域網(wǎng)整合，形成一個(gè)完整的區(qū)域網(wǎng)，對(duì)整體區(qū)域平差處理，產(chǎn)生多角度連接點(diǎn)，覆蓋整個(gè)區(qū)域，位置分配足夠均勻，要求誤差低于0.3像素。

建設(shè)完區(qū)域網(wǎng)之后，在區(qū)域網(wǎng)中加入外業(yè)像控點(diǎn)、檢查點(diǎn)，參照這些點(diǎn)位在影像當(dāng)中的具體位置，借助裸眼立體環(huán)境，確保調(diào)整精度。

整體區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算當(dāng)中，加入相應(yīng)的連接點(diǎn)，將其投射到坐標(biāo)中，把整個(gè)區(qū)域網(wǎng)規(guī)劃到位。

完成上述操作使用空三加密數(shù)據(jù)，優(yōu)化高精度影像外方位元素，消除畸變差影像，之后即可應(yīng)用到氣候建設(shè)城市三維模型當(dāng)中，還可以提取紋理。

3.2 多視角影像密集匹配架構(gòu)3D TIN模型

street factory系統(tǒng)當(dāng)中，通過(guò)畸變校正得到多時(shí)影像、空三優(yōu)化后得到高精度外方位元素，在立體影像創(chuàng)建當(dāng)中，通過(guò)多基元、多視影像密集匹配技術(shù)，通過(guò)規(guī)格網(wǎng)絡(luò)對(duì)平面空間進(jìn)行劃分，將匹配基元匹配，包括像方特征點(diǎn)、物方面元，借助多視影像特征點(diǎn)、成像信息，通過(guò)影像不固定匹配策略，實(shí)現(xiàn)影像的密集匹配，借助多視匹配冗余信息，可以減少匹配過(guò)程中的負(fù)面影響因素，加入并行計(jì)算方法提升效率，精準(zhǔn)、快速地獲取到多視影像點(diǎn)坐標(biāo)，得到地物高密度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合點(diǎn)云構(gòu)建不同層次細(xì)節(jié)度下的TIN模型。優(yōu)化三角網(wǎng)可以將三角尺寸調(diào)節(jié)到和原始影像分辨率相匹配的比例，之后分析連續(xù)曲邊變化率，簡(jiǎn)化平坦空間三角網(wǎng)絡(luò)，減少計(jì)算數(shù)據(jù)量，獲得城市3D TIN模型架構(gòu)。

3.3 自動(dòng)紋理關(guān)聯(lián)

獲取到城市3D TIN模型架構(gòu)之后，即可進(jìn)行紋理關(guān)聯(lián)工作。主要內(nèi)容包括3D TIN模型、配準(zhǔn)紋理圖像、貼附紋理。在傾斜攝影中得到多角度的影像，而不同角度可以同時(shí)獲取相同地物信息，所以選擇目標(biāo)影像非常重要。在表面模型中，可以借助三角形面片線法方程、二維圖像角度，通過(guò)模型系統(tǒng)自動(dòng)衡量得出相應(yīng)的紋理影像，在此過(guò)程中，夾角越小則表示三角形面片和圖像平面越趨于平行，也就是紋理質(zhì)量較高。該方法可以確保3D TIN模型三角形面片與目標(biāo)圖像點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)[3]。之后借助3D TIN模型，計(jì)算得出三角形、像中對(duì)應(yīng)區(qū)域幾何關(guān)系，紋理影像中獲取三角形面對(duì)應(yīng)紋理區(qū)，在3D TIN模型中配準(zhǔn)紋理圖像。相對(duì)應(yīng)的三角形面片當(dāng)中，把配準(zhǔn)紋理圖像反投射，即可繪制出城市真3D模型，得到紋理貼附。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在構(gòu)建城市真三維模型當(dāng)中應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)，通過(guò)多角度拍攝，有效減少了人工干預(yù)，所建設(shè)的城市模型更加直觀，確保了模型建設(shè)精度，提高了模型建設(shè)效率，更好地滿足使用需求。并且可以大大降低城市建設(shè)成本，如今已經(jīng)成為測(cè)繪領(lǐng)域中不可或缺的技術(shù)之一。