傾斜攝影測量中影響模型精度的因素分析

賈玉林

【摘? 要】目前，傾斜攝影測量作為一種新技術(shù)，經(jīng)過不斷的探索、應(yīng)用和發(fā)展，已開始在測繪行業(yè)中大顯身手，并取得了不小的成績。通過三維模型進(jìn)行的矢量數(shù)據(jù)采集，其矢量精度完全依賴于三維模型精度。論文以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，定性地分析了在航空攝影、像控測量、模型生產(chǎn)三階段中，影響模型精度的因素，希望對(duì)三維模型的生產(chǎn)起到一定的指導(dǎo)作用。

【Abstract】At present， oblique photogrammetry as a new technology， after continuous exploration， application and development， has begun to play a great role in the surveying and mapping industry， and has made no small achievements. The vector accuracy of? vector data acquisition based on 3D model is completely dependent on the accuracy of 3D model. Based on practical experience， this paper qualitatively analyzes the factors that affect the model accuracy in the three stages of aerial photography， image control measurement and model production， and hopes to play a guiding role in the production of 3D model.

【關(guān)鍵詞】傾斜攝影測量;三維模型;精度;影響因素

【Keywords】oblique photogrammetry; 3D model; accuracy; influencing factors

【中圖分類號(hào)】P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）02-0185-02

1 引言

目前，傾斜攝影測量在全國各地開展得如火如荼，從無人機(jī)制造，相機(jī)生產(chǎn)、軟件研發(fā)到數(shù)據(jù)獲取處理，形成了一條完整的生產(chǎn)鏈。為了能在滿足項(xiàng)目精度需求的前期下，以更少的作業(yè)人員和更快的作業(yè)速度完成項(xiàng)目，研發(fā)人員和作業(yè)人員都在不斷努力，嘗試著各種方法希望將傾斜攝影應(yīng)用到各行各業(yè)。但作為測繪產(chǎn)品，幾乎所有數(shù)據(jù)的檢查驗(yàn)收都有一項(xiàng)精度指標(biāo)，精度是否滿足要求直接關(guān)系到以后的成果應(yīng)用，利用傾斜攝影生產(chǎn)的三維模型也不例外。下面從模型生產(chǎn)的全階段分別敘述影響模型精度的因素，以便更好地進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，保證成果滿足項(xiàng)目需求。

2 航空攝影階段

航空攝影階段的任務(wù)主要是多視角影像數(shù)據(jù)和相應(yīng)位置姿態(tài)數(shù)據(jù)的獲取。傾斜相機(jī)的選擇、航線的規(guī)劃設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)后期模型生產(chǎn)的精度產(chǎn)生很大的影響。

2.1 影像數(shù)據(jù)的影響

航空攝影測量已經(jīng)經(jīng)歷了模擬和解析兩個(gè)階段，現(xiàn)正處于數(shù)字?jǐn)z影測量階段，數(shù)字航測的一個(gè)顯著特點(diǎn)是后期內(nèi)業(yè)生產(chǎn)時(shí)，主要依靠計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)利用已知內(nèi)外方位元素的數(shù)字影像，進(jìn)行數(shù)量巨大的同名像點(diǎn)密集匹配，而傾斜攝影測量更是用到了多視影像密集匹配。影像數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞會(huì)直接關(guān)系到匹配精度，對(duì)于后期3D TIN的構(gòu)建和紋理映射都將會(huì)有影響。

影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量主要為影像色彩的質(zhì)量。在沒有云、雪、霧和天氣等自然因素的干擾下，評(píng)價(jià)一幅影像數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞主要看其光譜信息是否獲取完整，分解率是否滿足要求。這些因素主要依賴于攝影傳感器的質(zhì)量。評(píng)價(jià)一臺(tái)傳感器質(zhì)量主要看其設(shè)備參數(shù)，傳感器中CCD或CMOS尺寸越大，像元越大，其感光能力越強(qiáng)，成像效果好，獲取的光譜信息越豐富，拍攝的影像數(shù)據(jù)的色彩也就越自然，分解率也高，但CCD或CMOS尺寸越大，制造工藝也越難，造價(jià)也越高。

目前，用于傾斜攝影的設(shè)備主要有：需要載人飛機(jī)搭載的專業(yè)航攝儀，如RCD30、SWDC-5等，其全都基于中畫幅相機(jī)制造;需要無人機(jī)搭載的傾斜相機(jī)，如DG3、KQ-CAM5等，均基于小畫幅相機(jī)制造。所以，在選擇傾斜相機(jī)時(shí)，不能只關(guān)注相機(jī)像素，需要從傳感器的各方面入手，依據(jù)項(xiàng)目的需求選擇合適的傾斜相機(jī)進(jìn)行作業(yè)，使精度和效率均有兼顧。

對(duì)于各類傾斜相機(jī)，在獲取目標(biāo)物影像時(shí)，還需要按照要求依據(jù)成圖比例尺，設(shè)計(jì)合理的地面分辨率。因后期空三加密中的像點(diǎn)量測、相對(duì)定向的精度都直接和地面分辨率有關(guān)。

2.2 POS數(shù)據(jù)的影響

POS數(shù)據(jù)主要包括GNSS位置信息和IMU姿態(tài)信息，這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)是后期空三加密中，共線方程用到的初始值。精確的POS數(shù)據(jù)可以在多視影像聯(lián)合平差中與地面像控一起，保證空三加密求出的外方位元素和加密點(diǎn)解更加嚴(yán)密。而精度較低的POS數(shù)據(jù)可能達(dá)不到預(yù)期的效果，而需要更多的像控點(diǎn)測量進(jìn)行彌補(bǔ)，才能保證最后的成果精度。

目前，市場上主流的傾斜相機(jī)基本都具有輸出POS數(shù)據(jù)的能力，但部分設(shè)備輸?shù)腉NSS為偽距單點(diǎn)定位成果。部分設(shè)備輸出的POS需要利用精密星歷解算，精度高于偽距單點(diǎn)定位。部分設(shè)備在進(jìn)行航攝過程中利用PPK技術(shù)，在地面架設(shè)基站，最后POS輸出時(shí)進(jìn)行聯(lián)合解算，精度高于精密單點(diǎn)定位，但作業(yè)半徑要小于精密單點(diǎn)定位作業(yè)模式。

作業(yè)期間，需要根據(jù)工程對(duì)成果精度的要求、測繪環(huán)境的復(fù)雜程度綜合考慮使用何種POS設(shè)備，以便在滿足成果精度的前提下，有效降低外業(yè)像控測量的工作量。

2.3 重疊度的影響

數(shù)字?jǐn)z影測量的相關(guān)規(guī)范中，對(duì)重疊度都有相應(yīng)的要求，保證不能出現(xiàn)絕對(duì)漏洞和相對(duì)漏洞，同時(shí)也保證后期的計(jì)算機(jī)自動(dòng)匹配程度和匹配精度。重疊度越大，匹配越容易，前方交會(huì)的精度也會(huì)提高，對(duì)后期模型的平面和高程精度都會(huì)有影響。

目前，行業(yè)內(nèi)并沒有可以參考的傾斜攝影相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)已有的航攝規(guī)范和作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行傾斜航空攝影時(shí)，航向重疊度一般為80%，旁向重疊度一般為60%～80%，較傳統(tǒng)航攝的重疊度要大很多。足夠的重疊度可以很好地保證同名像點(diǎn)在多張照片和多個(gè)視角上都能體現(xiàn)，防止在各視角影像上同時(shí)出現(xiàn)遮擋的情況，為后期的多視影像密集匹配創(chuàng)造更好的條件。

3 像控布設(shè)測量階段

像控點(diǎn)是后期空三加密中絕對(duì)定向的主要依據(jù)，只有合理的布設(shè)方案和精確的點(diǎn)位測量，才能保證絕對(duì)定向的準(zhǔn)確性，才能保證空三加密中加密點(diǎn)的準(zhǔn)確性[1]。

《低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》中，像控點(diǎn)的布設(shè)需要根據(jù)空三加密點(diǎn)的精度，反推航向基線間隔數(shù)。目前，雖然傾斜攝影相應(yīng)規(guī)范并沒有出臺(tái)，但像控點(diǎn)的布設(shè)依然可以參考該規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)布設(shè)，通過不同方案的比對(duì)，完成實(shí)驗(yàn)測試，保證成果精度滿足要求。

依靠現(xiàn)在高精度的網(wǎng)絡(luò)GNSS-RTK技術(shù)，像控點(diǎn)的測量已不同以往，平面位置精度可以很輕易地滿足圖根控制點(diǎn)的精度，高程需要通過付費(fèi)解算的方式才能得到滿足我國的1985高程基準(zhǔn)的成果。但在進(jìn)行外業(yè)測繪的過程中，要保證測量的解狀態(tài)為固定解。

4 模型生產(chǎn)階段

攝影測量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要利用透視幾何的原理，而光學(xué)鏡片固有的透視失真，使每個(gè)鏡頭拍攝的照片都不同程度存有畸變，這就造成了成圖比例尺與攝影比例尺之比的放大倍率在像片的不同部位不一致，尤以像片視場邊緣最為嚴(yán)重。而利用透視幾何原理，按照共線方程求解的外方位元素和加密點(diǎn)坐標(biāo)成果都將受到影響，最后密集匹配形成的TIN和白膜精度也會(huì)有所損失。

為消除鏡頭的畸變，每臺(tái)傾斜相機(jī)出廠均會(huì)提供鏡頭的校檢報(bào)告，報(bào)告中會(huì)將每個(gè)鏡頭的內(nèi)方位元素、徑向畸變系數(shù)、偏心畸變系數(shù)，通過校檢場實(shí)地校檢的方式詳細(xì)列出。在進(jìn)行空三加密之前的工程建立時(shí)，需要將每個(gè)鏡頭的畸變參數(shù)輸入軟件中并與每張照片相對(duì)應(yīng)，以便后期軟件對(duì)照片進(jìn)行校準(zhǔn)，減少畸變對(duì)模型精度的影響。軟件對(duì)畸變的優(yōu)化校準(zhǔn)如圖1所示。

此外，不同的空三加密算法，如何利用POS提供的外方位元素，像控成果和像片，通過共線方程進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算，減小誤差，得出嚴(yán)密解，也是模型精度的影響因素之一[2]。

所以，內(nèi)業(yè)生產(chǎn)需要選用市場應(yīng)用口碑好、通用性強(qiáng)的處理軟件，盡量減少人為干預(yù)，有效降低工作強(qiáng)度，提高模型生成精度。

5 結(jié)語

根據(jù)上述分析，利用傾斜攝影進(jìn)行三維模型生產(chǎn)時(shí)，需要根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)和目的，綜合考慮相機(jī)參數(shù)、地面分辨率、POS精度、重疊度、像控點(diǎn)的布設(shè)測量、鏡頭畸變差和軟件空三處理能力對(duì)模型精度的影響，充分考慮各自的邊際效應(yīng)，合理選擇設(shè)備和設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)，生產(chǎn)適合項(xiàng)目要求的三維模型，精度高的模型更能為后期的矢量采集提供良好的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】汪承義，陳靜波，孟瑜，等.新型航空遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

【2】張永軍，張勇.大重疊度影像的相對(duì)定向與前方交會(huì)精度分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2005（02）：126-130.