照片數(shù)量對(duì)SfM動(dòng)床河工模型地形三維重構(gòu)的影響研究

魏向陽(yáng)，蘇沛蘭，谷蕾蕾，劉春晶

（1.太原理工大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，水利部水沙科學(xué)與江河治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048）

1 研究背景

隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，利用數(shù)字圖像信息獲取三維空間幾何信息方法已成為攝影圖像測(cè)量領(lǐng)域的重要研究方向[1]。其中運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)（Structure from Motion，SfM）法無(wú)需事先對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，圖像采集可以采用消費(fèi)級(jí)普通相機(jī)、無(wú)人機(jī)，甚至是手機(jī)等便攜式設(shè)備，同時(shí)有大量學(xué)者提供了開(kāi)源或免費(fèi)軟件可供應(yīng)用[2-3]。近年來(lái)在各種需開(kāi)展三維地形測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛對(duì)比研究和應(yīng)用[4]，如在海岸沖淤侵蝕方面，James等[5]對(duì)比了激光掃描儀和SfM法對(duì)海蝕崖變化的測(cè)量結(jié)果，驗(yàn)證了SfM法在地學(xué)領(lǐng)域研究的可行性；在野外大面積地形測(cè)量方面，Gillan等[6]對(duì)比了區(qū)域兩次分別采用全站儀和SfM法地形的測(cè)量結(jié)果，兩者高程測(cè)量結(jié)果均方偏差在3 cm左右；在山體滑坡定量分析方面，Lucieer等[7]利用SfM法得到不同時(shí)期的山體滑坡變形特征，其中SfM法測(cè)量均方偏差在3.6 cm至7.8 cm之間；在文物勘探應(yīng)用方面，Koutsoudis等[8]利用SfM對(duì)古建筑開(kāi)展立體三維重構(gòu)，同時(shí)對(duì)建筑物表面局部特征點(diǎn)之間的距離采用直尺進(jìn)行測(cè)量結(jié)果，兩者距離偏差在3 mm以?xún)?nèi)；在土壤侵蝕定量分析方面，Glendell[9]同時(shí)采用全站儀、三維激光掃描儀和SfM法測(cè)量了某一區(qū)域的地形變化，定量得到了該區(qū)域的土壤侵蝕變化情況，其中SfM重構(gòu)精度在6cm至35 cm之間；在巖石勘探應(yīng)用方面，Verma等[10]利用SfM法開(kāi)展了巖石紋理細(xì)節(jié)方面的重構(gòu)對(duì)比，認(rèn)為SfM三維表面重構(gòu)平面精度和垂向精度分別可以達(dá)到0.5 mm和0.3 mm。Eltner等[11]較全面回顧了SfM在地學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程，包括SfM法與激光掃描儀等不同測(cè)量方法之間的對(duì)比，不同拍攝尺度、無(wú)人機(jī)等不同拍攝設(shè)備，乃至SfM水下測(cè)量嘗試等多方面對(duì)比論證和應(yīng)用。

近年來(lái)，已有學(xué)者開(kāi)始將SfM法引入到泥沙運(yùn)動(dòng)室內(nèi)試驗(yàn)和模型地形測(cè)量領(lǐng)域，如在室內(nèi)水槽試驗(yàn)方面，Morgan等[12]采用三維激光掃描儀和SfM重構(gòu)法對(duì)5個(gè)不同尺度、鋪設(shè)不同泥沙的水槽地形進(jìn)行測(cè)量，水槽寬0.22 m至6.71 m，長(zhǎng)9.14 m至30.48 m，泥沙粒徑范圍0.2 mm至31 mm，詳細(xì)對(duì)比了不同軟件、不同照片類(lèi)型對(duì)SfM重構(gòu)的影響，指出當(dāng)單個(gè)卵石顆粒像素點(diǎn)超過(guò)100以上時(shí)才可得到較可靠三維表面信息；在模型試驗(yàn)方面，Mali等[13]研究了SfM法對(duì)定床河工模型地形重構(gòu)的適用性，對(duì)比了不同SfM軟件、照片拍攝角度對(duì)DEM地形重構(gòu)結(jié)果的影響；趙志文等[14]對(duì)比了動(dòng)床模型的測(cè)針高程測(cè)量法與SfM法三維地形重構(gòu)結(jié)果，兩者測(cè)量偏差基本滿(mǎn)足《河工模型試驗(yàn)規(guī)程SL99-2012》的規(guī)定。

與已有研究的SfM重構(gòu)對(duì)象相比，動(dòng)床河工模型地形具有鮮明的特點(diǎn)，首先動(dòng)床表面由泥沙顆粒組成，且通常為散粒，當(dāng)顆粒較大時(shí)不同視角圖像可能存在差異[12]，不利于SfM計(jì)算時(shí)對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的提取，增加了后期圖像分析和處理的難度；其次，動(dòng)床模型是由水流沖刷而形成，模型地形是由不同規(guī)模的沙紋、沙波等各種床面形態(tài)組成，這些床面形態(tài)往往具有一定尺度，以沙波為例，其波峰區(qū)域（或波谷區(qū)域）表現(xiàn)為漸變變化，往往沒(méi)有準(zhǔn)確的分界線(xiàn)，從不同角度觀測(cè)，所看到的波紋位置可能會(huì)發(fā)生變化，因此從不同角度拍攝的照片沙波紋理特征并不相同，導(dǎo)致SfM處理過(guò)程中對(duì)同一沙波提取到了不同的特征點(diǎn)，從而出現(xiàn)誤匹配現(xiàn)象。為此，本文通過(guò)實(shí)際動(dòng)床河工模型試驗(yàn)，針對(duì)照片數(shù)量對(duì)SfM三維沖淤地形重建精度影響開(kāi)展了對(duì)比和分析，為SfM法在河工模型應(yīng)用中的研究提供參考。

2 試驗(yàn)條件和過(guò)程

2.1 動(dòng)床模型及研究范圍試驗(yàn)?zāi)Ｐ臀挥谥袊?guó)水利水電科學(xué)研究院大興實(shí)驗(yàn)基地，為推移質(zhì)動(dòng)床河工模型，模型沙為石英砂，中值粒徑0.8 mm。本文選取的研究范圍位于該模型中部，長(zhǎng)約9 m，寬約5 m，自上游至下游分為CS1～CS4共4個(gè)橫斷面，各斷面中間部分為動(dòng)床，兩邊為定床；所測(cè)地形為某次試驗(yàn)過(guò)后水流形成的沖積地形，如圖1所示。

圖1 研究范圍和拍照情況

2.2 照片拍攝及組次設(shè)置將模型分為上下游兩個(gè)區(qū)域，分別為CS1～CS2斷面所在的上游區(qū)和CS3～CS4斷面所在的下游區(qū)，對(duì)兩個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行照片采集。根據(jù)Mali等的研究，當(dāng)輸入照片為單一平行視角時(shí)，SfM重構(gòu)出現(xiàn)系統(tǒng)偏差的可能性較大，為此本研究從上游、下游、左岸、右岸4個(gè)不同視角對(duì)所測(cè)范圍進(jìn)行拍攝，如圖1（b）所示，單個(gè)藍(lán)色傾斜矩形形狀表示該張照片的拍攝位置和視角。每個(gè)區(qū)域拍攝約60張照片，圖1（a）為所有照片拍攝視角示意，由于照片數(shù)量較多，不同視角照片在圖1（a）中已相互重疊。

所有照片均采用Canon 6D全畫(huà)幅相機(jī)拍攝，鏡頭為Canon 24-105mm f/4L變焦鏡頭，拍攝時(shí)將鏡頭焦距統(tǒng)一設(shè)定為24 mm，相機(jī)分辨率設(shè)定為5472*3648像素；根據(jù)不同拍攝區(qū)域和位置，單張照片實(shí)際拍攝范圍在1.5 m×2 m至2 m×2.5 m之間。

本文研究目的為不同照片數(shù)量對(duì)SfM重構(gòu)精度的影響，為此在圖1（a）中的所有照片中，以區(qū)域?yàn)閱挝贿x取約10張、20張、30張、40張、50張和所有張照片，挑選照片時(shí)綜合考慮拍攝范圍和拍攝角度，以能最大限度覆蓋動(dòng)床范圍為原則，所挑選的照片分為No.1至No.6組，分別開(kāi)展SfM地形重構(gòu)。其中圖1（b）即為No.1組所選取照片的視角位置。

SfM法重構(gòu)要求不同照片具有一定的重合度，根據(jù)本文拍攝方式，當(dāng)照片數(shù)量較多時(shí)，同一視角相鄰照片的重合度較大，如文中No.6組相鄰兩張照片重合度可達(dá)80%～90%；當(dāng)照片數(shù)量減少時(shí)重合度有所下降，如No.1組同視角相鄰照片的重合度約40%～60%。而不同視角照片之間的重合度與照片張數(shù)無(wú)關(guān)，如在圖1（b）中，A、B兩張照片分別從上游和下游對(duì)同一區(qū)域拍攝，兩張照片的重合度約為70%～80%。

2.3 控制點(diǎn)設(shè)置和對(duì)比地形測(cè)量控制點(diǎn)一方面可將SfM重構(gòu)的圖形坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實(shí)際坐標(biāo)，另外還可對(duì)SfM重構(gòu)坐標(biāo)進(jìn)行配準(zhǔn)和校核。由于控制點(diǎn)會(huì)對(duì)動(dòng)床地形沖淤造成影響，因此本文中的控制點(diǎn)均布設(shè)于模型定床區(qū)域，分別位于各斷面沿線(xiàn)左右岸邊墻頂部和左右岸定床部分起點(diǎn)處，每個(gè)斷面4個(gè)控制點(diǎn)，4個(gè)斷面共計(jì)16個(gè)控制點(diǎn)，各控制點(diǎn)在模型中以Agisoft軟件自帶的圓形標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)示，如圖1（a）所示，4個(gè)箭頭位置為沿CS1斷面的4個(gè)控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)平面坐標(biāo)采用全站儀和鋼卷尺相結(jié)合的方法測(cè)量，高程采用水準(zhǔn)儀測(cè)量。

采用傳統(tǒng)測(cè)針?lè)▽?duì)CS1～CS4的斷面地形進(jìn)行測(cè)量，作為驗(yàn)證和分析SfM地形重構(gòu)結(jié)果的基礎(chǔ)。測(cè)針?lè)ㄖ攸c(diǎn)對(duì)動(dòng)床床面進(jìn)行測(cè)量，定床部分僅測(cè)量局部變化較大的點(diǎn)。

2.4 DEM數(shù)據(jù)生成采用Agisoft軟件開(kāi)展SfM三維地形重構(gòu)研究[13]，所用版本為1.5.0版。DEM生成過(guò)程包括對(duì)齊照片、生成點(diǎn)云、輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)、生成紋理、生成網(wǎng)格等，最終可得到所測(cè)模型河段的DEM及正射影像圖（DOM）。

本文處理數(shù)據(jù)所用計(jì)算機(jī)為DELL T7920型工作站，配備Intel Xeon 8168型CPU、256G內(nèi)存和NVIDIA Quadro P6000 24G顯卡。

3 結(jié)果分析

3.1 三維地形生成總體情況圖2、圖3、圖4分別為No.1組、No.3組及No.6組，SfM三維地形重構(gòu)結(jié)果，其他各組結(jié)果與該幾組相似。由圖可見(jiàn)，不同組次SfM重構(gòu)所生成的DOM及DEM數(shù)據(jù)均可較好的反映模型實(shí)際三維場(chǎng)景，包括主河槽上游高下游低的總體趨勢(shì)、河道中間的局部沖淤形態(tài)、模型動(dòng)定交界處的局部沖刷，以及高程相對(duì)較高的模型邊墻和模型上方的固定測(cè)架等。

當(dāng)照片數(shù)量較少時(shí)，由于部分區(qū)域的照片特征點(diǎn)匹配信息量不夠，在三維地形重構(gòu)時(shí)存在兩邊定床范圍數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象，如圖2中No.1組的輸出結(jié)果；隨著照片數(shù)量增多，信息量增加，模型重構(gòu)范圍逐漸擴(kuò)大，如當(dāng)照片依次增加到30張（No.2組圖3）、60張（N0.3組圖4）時(shí)，DOM和DEM重構(gòu)范圍均比10張（No.1組圖2）有所增大。值得注意的是，由于本文重點(diǎn)關(guān)注的是動(dòng)床部分地形重構(gòu)，對(duì)于本文各組數(shù)據(jù)，即使是照片數(shù)量最少的No.1組數(shù)據(jù)也完整重構(gòu)出了動(dòng)床部分?jǐn)?shù)據(jù)，不影響后續(xù)的對(duì)比分析。

圖2 地形重構(gòu)結(jié)果（10張照片）

圖3 地形重構(gòu)結(jié)果（30張照片）

圖4 地形重構(gòu)結(jié)果（60張照片）

3.2 數(shù)據(jù)處理耗時(shí)對(duì)比SfM法需對(duì)圖像中的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，然后采用所匹配的特征點(diǎn)信息獲取三維空間坐標(biāo)信息，整個(gè)過(guò)程需耗費(fèi)較大的計(jì)算機(jī)資源，處理時(shí)間與計(jì)算機(jī)硬件、輸入照片以及所用的軟件算法相關(guān)，如Snavely利用SfM法獲取三維結(jié)構(gòu)，不同場(chǎng)景分別耗時(shí)2.8 h至12.7 d不等[2]，Turner采用Agisoft、Bunlder和Pix4D軟件對(duì)同一組圖像的處理耗時(shí)分別為4 h、16 h和7 h[15]。

表1為本文各組數(shù)據(jù)處理耗時(shí)，可以看到，在Agisoft軟件處理過(guò)程中，不同處理流程耗時(shí)不同，其中點(diǎn)云生成和3D模型重建耗時(shí)較多，連接點(diǎn)匹配（對(duì)齊照片）及后續(xù)DEM、DOM生成耗時(shí)較少。照片數(shù)量越少需要的處理時(shí)間越少，所獲得的匹配連接點(diǎn)和密集點(diǎn)云數(shù)量也較少；各組試驗(yàn)耗時(shí)差距較大，其中No.1組總耗時(shí)約25 min，而No.6組總耗時(shí)達(dá)到4 h以上。此外，從所獲點(diǎn)云數(shù)量來(lái)看，照片數(shù)量?jī)H10張的No.1組可以獲取測(cè)量區(qū)域的2000萬(wàn)個(gè)高精度點(diǎn)云，點(diǎn)云密度約50點(diǎn)/cm2，60張組次則可達(dá)到100點(diǎn)/cm2，均可滿(mǎn)足河工模型試驗(yàn)需求。

表1 不同照片張數(shù)結(jié)果和耗時(shí)對(duì)比

3.3 地形精度對(duì)比分析在各組DEM地形中分別提取CS1至CS4斷面處的高程數(shù)據(jù)，與測(cè)針?lè)ńY(jié)果進(jìn)行對(duì)比。圖5和圖6分別為CS1和CS4斷面的對(duì)比情況，其余兩個(gè)斷面對(duì)比結(jié)果類(lèi)似，未列入文中。由圖可見(jiàn)，各組SfM重構(gòu)結(jié)果均能反映橫斷面起伏變化情況，但不同組次的測(cè)量結(jié)果之間存在較明顯的系統(tǒng)偏差，其中照片少的各組次地形重構(gòu)高程低于照片多的各個(gè)組次。

圖5 CS1斷面SfM法與測(cè)針?lè)ǜ叱虒?duì)比

圖6 CS4斷面SfM法與測(cè)針?lè)ǜ叱虒?duì)比

為進(jìn)一步對(duì)結(jié)果進(jìn)行定量分析，選用平均偏差、平均絕對(duì)值偏差和平均均方根偏差三個(gè)參數(shù)[5～7]做進(jìn)一步分析，其中平均偏差（Mean Error，ME）為：

平均絕對(duì)值偏差（Mean Absloute Error，MAE）：

平均均方根偏差（Mean Square Root Error，MSRE）：

式中：其中Hi為采用測(cè)針測(cè)量的第i個(gè)測(cè)點(diǎn)高程；hi為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的SfM地形重構(gòu)高程。

表2、表3、表4分別列出了本文CS1至CS4斷面的ME、MAE和MSRE情況。ME表示SfM法結(jié)果與測(cè)針?lè)ńY(jié)果之間的總體偏差情況，由表可見(jiàn)，張數(shù)較少組次DEM地形總體低于測(cè)針數(shù)據(jù)，10張和20張照片組次比測(cè)針低3 mm左右；而張數(shù)較多組次與之相反，其中60張照片組次高于測(cè)針數(shù)據(jù)1.4 mm；中間組次，即照片數(shù)量為30張和40張DEM結(jié)果與測(cè)針值最為接近。

表2 不同斷面各組平均偏差（ME）對(duì)比 （單位：mm）

與ME偏差相對(duì)應(yīng)，30張或40張組次的MAE和MSRE均小于其他各組，如表3、表4所示。

表3 不同斷面各組平均絕對(duì)值偏差（MAE）對(duì)比 （單位：mm）

表4 不同斷面各組平均均方偏差（MSRE）對(duì)比 （單位：mm）

3.4 地形數(shù)據(jù)調(diào)整根據(jù)圖5、圖6及表2中的結(jié)果，不同組次DEM重構(gòu)結(jié)果與測(cè)針?lè)ㄏ啾染嬖谝欢ǖ南到y(tǒng)偏差，為此對(duì)DEM生成的斷面數(shù)據(jù)按測(cè)針數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，方法為將DEM數(shù)據(jù)根據(jù)按表2中的ME值整體上下平移，使調(diào)整后各組的DEM高程值與測(cè)針?lè)ǜ叱讨灯骄頜E值為0。

調(diào)整后的CS1和CS4對(duì)比斷面如圖7和圖8所示，可以看到，各組數(shù)據(jù)調(diào)整后均與測(cè)針?lè)y(cè)點(diǎn)重合度均有所提高，測(cè)針高程測(cè)點(diǎn)基本落在SfM生成的DEM斷面曲線(xiàn)之上，其中大部分測(cè)點(diǎn)SfM法與測(cè)針?lè)ɑ局睾?，僅在局部地形變化較劇烈的區(qū)域，如圖7、圖8中箭頭所標(biāo)示處，SfM法結(jié)果與測(cè)針實(shí)測(cè)結(jié)果尚存在相對(duì)一定偏差，與趙志文等的結(jié)果類(lèi)似[14]。

值得指出的是，圖7中箭頭所指處為在模型中為一塊模擬堤線(xiàn)調(diào)整用的直立不銹鋼薄板，厚度僅2 mm，該不銹鋼板與定床部分相接，高于定床部分，測(cè)針?biāo)鶞y(cè)高程為該鋼板頂端高程；對(duì)比各組SfM重構(gòu)結(jié)果，其中No.1組次和No.20組次未將該點(diǎn)高程準(zhǔn)確獲取，No.3及之后組次均可獲取該點(diǎn)高程，但高程值略低于測(cè)針測(cè)量結(jié)果，偏差約6 mm至7 mm。

圖7 CS1斷面SfM法調(diào)整后與測(cè)針?lè)ǜ叱虒?duì)比

圖8 CS4斷面SfM法調(diào)整后與測(cè)針?lè)ǜ叱虒?duì)比

如前所述，數(shù)據(jù)調(diào)整后的各組ME值均為0，表5和表6列出了調(diào)整后的MAE和MSRE情況，可以看到，經(jīng)調(diào)整修正，各組數(shù)據(jù)的MAE和MSRE均有不同程度的改善，其中No.3和No.4組次在調(diào)整前總體偏差較小，調(diào)整后MAE和MSRE較調(diào)整前改善較少；而對(duì)于其他各組次調(diào)整后有較大改善，如No.1組和No.2組MAE由調(diào)整前的3.8mm和4.2 mm變?yōu)檎{(diào)整后的2.0 mm和2.2 mm，MSRE由4.4 mm、5.0 mm變?yōu)?.8 mm和3.3 mm；No.5組和No.6組MAE由2.3 mm和2.4mm均調(diào)整為1.9 mm，MSRE由3.0 mm和3.1 mm均調(diào)整為2.7 mm。

總體來(lái)看，無(wú)論是調(diào)整前后，No.3和No.4組次，即30張和40張照片組次各項(xiàng)偏差較??；而照片數(shù)量較多組次或較少組次在調(diào)整前偏差較大，根據(jù)測(cè)針結(jié)果進(jìn)行調(diào)整后偏差得到較大改善；根據(jù)表5、表6，各組數(shù)據(jù)在調(diào)整后的總體精度均基本滿(mǎn)足《河工模型試驗(yàn)規(guī)程》關(guān)于動(dòng)床地形測(cè)量±2 mm偏差的要求。

表5 調(diào)整后不同斷面各組平均絕對(duì)值偏差（MAE）對(duì)比 （單位：mm）

表6 調(diào)整后不同斷面各組平均均方偏差（MSRE）對(duì)比

以上結(jié)果表明，對(duì)于動(dòng)床模型SfM三維地形重構(gòu)，當(dāng)照片數(shù)量較少時(shí)，如本文的10張和20張，由于信息量較少，造成DEM數(shù)據(jù)與測(cè)針數(shù)據(jù)有較大的偏差；當(dāng)照片數(shù)量增加到30和40張時(shí)，照片提供的相對(duì)空間位置信息量增大，總體偏差降低；當(dāng)照片數(shù)量進(jìn)一步提高至50張和60張時(shí)，總體偏差無(wú)進(jìn)一步降低的趨勢(shì)，反而有所提高，如表6中No.5和No.6組MSRE值與No.4組相比由2.6 mm增加到2.7 mm。

本文模型為推移質(zhì)動(dòng)床模型，模型中地形存在變化較劇烈的沖溝，雖沖溝本身三維形態(tài)是確定的，但從不同角度觀察時(shí)，所看到的溝緣線(xiàn)可能發(fā)生變化，造成照片中的特征點(diǎn)發(fā)生改變；SfM法是根據(jù)圖像中的特征點(diǎn)開(kāi)展三維重構(gòu)的，當(dāng)照片數(shù)量增加時(shí)，不同照片的特征點(diǎn)之間可能會(huì)出現(xiàn)相互矛盾或不一致現(xiàn)象，進(jìn)而影響了SfM三維地形重構(gòu)精度，這可能是本文中照片數(shù)量增加并未提高三維地形重構(gòu)精度的重要原因之一。

根據(jù)本文試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于河工模型試驗(yàn)，在同一測(cè)量范圍內(nèi)可能存在一個(gè)最優(yōu)的拍攝張數(shù)，當(dāng)采用這個(gè)最優(yōu)張數(shù)進(jìn)行SfM三維地形重構(gòu)效果最好，既不會(huì)出現(xiàn)由于信息量不足而導(dǎo)致的系統(tǒng)偏差，也不會(huì)出現(xiàn)由于容易混淆的特征點(diǎn)增加而導(dǎo)致的誤匹配和誤重構(gòu)，實(shí)際試驗(yàn)中最好能采用最優(yōu)照片張數(shù)開(kāi)展SfM地形重構(gòu)?？紤]不同河工模型試驗(yàn)的范圍大小、所采用的模型沙、以及當(dāng)?shù)毓庹諚l件等外在條件不同，最優(yōu)張數(shù)不一定與本文完全對(duì)應(yīng)，具體最優(yōu)數(shù)量需在實(shí)際應(yīng)用中具體分析確定。

4 結(jié)論

本文采用SfM方法對(duì)動(dòng)床模型地形進(jìn)行DEM重構(gòu)，重點(diǎn)研究了輸入照片數(shù)量對(duì)SfM重構(gòu)結(jié)果的影響，并與傳統(tǒng)測(cè)針?lè)椒ㄟM(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明：

（1）采用SfM方法時(shí)，輸入10張至60張照片均可得到模型范圍內(nèi)的DEM地形，照片數(shù)量越多，所獲高精度點(diǎn)云密度越高：照片數(shù)量從10張?jiān)黾拥?0張，所獲點(diǎn)云密度可從50點(diǎn)/cm2提高到100點(diǎn)/cm2；數(shù)據(jù)處理時(shí)間隨照片數(shù)量增加而大幅提高：采用10、20、30、40、50和60張照片的處理時(shí)間分別為25 min、1 h 13 min、2 h 03 min、2 h 10 min、3 h 45 min和4 h 03 min。

（2）與測(cè)針?lè)ńY(jié)果相比，不同照片張數(shù)SfM重構(gòu)結(jié)果均存在不同程度的系統(tǒng)偏差，其中30、40張組次的系統(tǒng)偏差分別為0.4 mm、0.6 mm，10張、20張組次偏差為-3.3 mm、-3.5 mm，50、60張系統(tǒng)偏差為1.0 mm和1.4 mm，其理由是：當(dāng)照片張數(shù)為10張和20張時(shí)，由于所提供的信息量不足，造成SfM重構(gòu)DEM數(shù)據(jù)偏差較大，同時(shí)存在邊緣區(qū)域缺失現(xiàn)象；當(dāng)照片數(shù)量達(dá)到30至40張時(shí)，可用的圖像信息量提高，SfM重構(gòu)精度得到改善，同時(shí)可獲得所測(cè)區(qū)域的完整DOM和DEM數(shù)據(jù)；當(dāng)照片數(shù)量進(jìn)一步增加到50張和60張時(shí)，雖提供了得更多的數(shù)據(jù)信息，但由于動(dòng)床沖淤床面不同角度成像的紋理特征發(fā)生變化，造成SfM重構(gòu)干擾特征點(diǎn)增多，增加了誤匹配概率，雖耗費(fèi)了大量后續(xù)處理時(shí)間，但未帶來(lái)預(yù)期的精度提高。

（3）利用SfM法開(kāi)展動(dòng)床河工模型DEM數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)可能存在最優(yōu)照片數(shù)量，采用最優(yōu)照片數(shù)量所獲DEM重構(gòu)精度最高，偏差最小。

（4）不同河工模型試驗(yàn)拍照成像條件不同，最優(yōu)照片數(shù)量可能與本文存在差異，在實(shí)際試驗(yàn)中可參照測(cè)針測(cè)量結(jié)果對(duì)SfM法重構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整修正，減少系統(tǒng)偏差，進(jìn)一步提高試驗(yàn)成果的可靠性。