影像勻光在傾斜攝影實景三維建模中的應(yīng)用

蘇洋洋

（杭州市勘測設(shè)計研究院，浙江 杭州 310012）

傾斜攝影實景三維建模作為一種新型的地理信息三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，是在同一攝影平臺上搭載多臺傳感器，從多個不同的角度進行數(shù)據(jù)的采集，以快速、高效地獲取豐富的數(shù)據(jù)信息。其具有高效、直觀、真實感強、消息量大、應(yīng)用廣泛的特點，目前已經(jīng)普遍應(yīng)用于城市規(guī)劃、水利、交通、旅游等領(lǐng)域。但由于戶外成像的光源一般是日光，在拍攝過程中各個局部紋理影像的獲取往往會由于不同成像時間的不同環(huán)境和拍攝角度而形成整體色調(diào)、光強分布的明顯差異，導(dǎo)致最后形成的三維對象表面紋理存在明顯的不一致和失真。對數(shù)字航空影像進行消除不均勻關(guān)照的處理，稱為勻光處理。文章采用影像勻光處理技術(shù)，在模型處理前對傾斜攝影拍攝的照片進行勻光處理，使不同時間拍攝影像按照標準模板進行統(tǒng)一調(diào)整，整體上趨于一致；同時，對該方法對模型的效果影響和精度影響進行了分析和評估。

1 技術(shù)路線

影像勻光處理技術(shù)路線如圖1所示。該技術(shù)主要包括傾斜攝影、樣片制作、影像勻光、勻光結(jié)果檢查、空三處理及模型處理六個方面。

圖1 技術(shù)路線

（1）樣片制作。為勻光準備標準樣片。標準樣片最好是該項目中效果較好的傾斜攝影照片，可進行適度處理，以達到較為理想的效果。

（2）影像勻光。樣片制作完成后即可通過影像處理軟件進行勻光處理。文章采用Inpho的OrthoVista影像處理模塊進行勻光處理，建議先對少部分影響進行處理，對結(jié)果滿意后再進行全部的影像處理。勻光處理時可選擇相對調(diào)整和絕對調(diào)整方式，在原始航片差異特別大時建議采用相對調(diào)整的方式，差異較小時采用絕對調(diào)整方式。勻光主要對明暗、對比度、色彩飽和度、色彩進行調(diào)整。

（3）結(jié)果檢查。勻光結(jié)束后應(yīng)進行處理結(jié)果的檢查。主要檢查是否存在漏處理、異常處理以及處理后未達到預(yù)期的情況。對于處理結(jié)果未達到預(yù)期的，應(yīng)分析原因以對樣片進行調(diào)整。

（4）空三及模型處理。在全部的影像處理結(jié)束后即可按照常規(guī)方式進行空三處理和模型處理。在空三處理時，對勻光前照片效果較差的區(qū)域建議放置人工連接點，增強空三的可靠性。空三完成后，應(yīng)重點檢查自動連接點的密度、分布及可靠性。各項精度均符合后可開始進行模型的處理。

2 效果分析

為比較勻光對模型效果的影響，文章分別對未勻光處理和勻光處理的傾斜影像進行了空三和模型輸出。模型效果如圖2和圖3所示。

圖2 未勻光處理模型

圖3 勻光處理模型

通過實際模型整體比對分析，影像勻光處理后模型整體效果得到了較大的提升。未勻光處理模型比較暗，色彩飽和度較低，整體視覺感受較差。勻光處理后的模型亮度適中，色彩鮮明，能夠較好地反映地物情況，整體視覺感受較好?；九c影像效果一致，比較符合預(yù)期。

除整體對比分析外，也對模型局部和細部進行了比對分析。從局部效果來看，勻光后模型整體上要優(yōu)于未勻光的模型。無論是視覺效果還是局部識別度都得到了較大的改善。但是勻光后的模型細節(jié)也存在一定的不足，勻光后少部分區(qū)域模型細節(jié)會丟失、弱化或變形。模型細節(jié)的豐富程度有一定的損失或降低，但對正常瀏覽效果沒有構(gòu)成明顯影響。因此，通過影像勻光的技術(shù)對原始傾斜航片進行處理可以明顯改善模型整體效果。

3 精度分析

傾斜影像使傾斜攝影的空三加密有了更多的多余觀測和同名約束，在理論上可以使空三精度提高，但是由于傾斜影像變形嚴重、尺度不統(tǒng)一等原因?qū)е聝A斜影像空三加密的整體精度不如垂直影像。因此，對影像進行勻光處理是否會使空三精度降低甚至不符合要求值得重點關(guān)注。文章對勻光前和勻光后的空三結(jié)果進行了分析，勻光前后空三處理采用同樣的方式方法，相同的技術(shù)參數(shù)設(shè)置以及相同的控制點。從空三精度報告來看，勻光前后沒有顯著的精度差異。

（1）相片位置可靠性。勻光前后相片可靠性如圖4和圖5所示。通過對比可知，整體上勻光前后相片位置誤差都較小，并且較為可靠，維持在合理的范圍內(nèi)。勻光后相片位置可靠性較差的相片數(shù)增多，精度和可靠性有下降的趨勢，但在合理的范圍內(nèi)。

圖4 勻光前相片可靠性

圖5 勻光后相片可靠性

（2）自動連接點誤差。勻光前后連接點可靠性如圖6和圖7所示。通過對比可知，整體上勻光前和勻光后自動連接點可靠性均較好，除測區(qū)外圍及內(nèi)部水面區(qū)域極少部分連接點外，其他連接點可靠性均較高，整體分布也基本一致，沒有明顯的趨勢性變化。

（3）空三中誤差比較。勻光前后主要的空三中誤差對比如表1所示。通過空三結(jié)果中誤差對比分析可知，勻光對空三精度基本沒有影響，因此對模型精度基本不存在影響。

4 結(jié)束語

圖6 勻光前連接點可靠性

圖7 勻光后連接點可靠性

表1 空三中誤差

通過對比分析，影像勻光能夠較好地解決因天氣和光照原因造成的影像效果不理想及不統(tǒng)一的問題，進而能夠有效改善模型效果，同時對模型精度也沒有造成明顯影響。雖然對模型細節(jié)有一定的損失，但仍然是一種值得在傾斜攝影實景三維建模中應(yīng)用和推廣的技術(shù)與方式。如何確定合理的影像勻光的指標和標準確保對模型的影響在可控的范圍內(nèi)，是值得進一步去研究的方向。