空地一體的傾斜攝影實(shí)景建模實(shí)踐

1、空地一體的傾斜攝影實(shí)景建模實(shí)踐摘要：探討了在傾斜攝影建模中將空中按常規(guī)航線拍攝照片和地面拍攝照片混 合處理建模的技術(shù)路線、關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐探討了地面照片拍攝的技 巧和經(jīng)驗(yàn)，以及混合空三處理的方式方法。然后對(duì)空地一體的傾斜攝影實(shí)景建模 效果進(jìn)行了分析對(duì)比。最后對(duì)該技術(shù)在傾斜攝影實(shí)景建模中的發(fā)展進(jìn)行了展望和 小結(jié)。關(guān)鍵詞：傾斜攝影；實(shí)景三維；傾斜空三；1引言傾斜攝影實(shí)景三維重建是近幾年測(cè)繪地理信息領(lǐng)域興起的一門熱點(diǎn)技術(shù)。相 比較傳統(tǒng)的人工城市三維建模，傾斜攝影實(shí)景三維具有高效、真實(shí)、高精度的優(yōu) 點(diǎn)。隨著業(yè)內(nèi)對(duì)其廣泛認(rèn)可，其技術(shù)發(fā)展也非常迅速。無(wú)論是硬件、軟件還是生 產(chǎn)工藝都日趨成熟。當(dāng)前

2、已成為城市大規(guī)模三維建模的主流技術(shù)手段。同時(shí)在城 市規(guī)劃、文物保護(hù)、旅游、交通等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。傾斜攝影在城市三維建模中雖然有著巨大的優(yōu)勢(shì)，得到了業(yè)內(nèi)廣泛的認(rèn)可， 但是由于其技術(shù)特點(diǎn)，在近地面其模型效果通常不太理想。這也是當(dāng)前制約傾斜 攝影實(shí)景模型深入應(yīng)用的重要因素。針對(duì)這一問(wèn)題，業(yè)內(nèi)提出了多種解決方案。 包括基于云計(jì)算的空地一體化傾斜攝影與街景融合1，三維模型紋理最佳數(shù)據(jù)源 的選擇方案2，通過(guò)模型編輯軟件對(duì)實(shí)景模型進(jìn)行編輯，通過(guò)建模軟件對(duì)建筑或 地物進(jìn)行模型重建，實(shí)景模型和地面全景進(jìn)行融合展示、在模型的生產(chǎn)過(guò)程中通 過(guò)拍攝近地面照片與航空傾斜照片混合處理等。以上解決方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，都

3、在 不同程度上改善了傾斜攝影近地面效果不理想的問(wèn)題。但都沒法做到面向商業(yè)應(yīng) 用的較好的解決，這方面仍然需要技術(shù)上的提升和改進(jìn)。而近地面效果不理想主 要受遮擋影響，而航高是影像遮擋面積的因素之一 3，本文采用拍攝近地面照片 與航空傾斜照片混合處理的方式來(lái)提升近地面模型效果，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐對(duì)該方 法的優(yōu)缺點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)以及效果進(jìn)行了分析和評(píng)估。2近地面照片與航空照片混合處理建模空地傾斜照片混合處理建模有兩種路徑實(shí)現(xiàn)。一是對(duì)空地兩種照片分別空三， 通過(guò)控制點(diǎn)進(jìn)行連接，然后合并空三輸出模型。另外一種是直接將空地照片混合 空三，然后輸出模型。第二種方案效果更好，但對(duì)地面照片拍攝要求較高。本文 主要采用第二

4、種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)空地混合建模。2.1技術(shù)路線圖1技術(shù)路線主要技術(shù)路線為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況分別進(jìn)行常規(guī)傾斜攝影及近地面攝影，將兩次 拍攝的照片混合，并采用人工連接及自動(dòng)連接的方式統(tǒng)一空三。根據(jù)空三結(jié)果判 斷是否需要進(jìn)一步的人工連接以及調(diào)整近地面攝影方案。然后進(jìn)行迭代處理。技 術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于近地面攝影方案的設(shè)計(jì)以及混合空三處理的方法。2.2常規(guī)傾斜航攝對(duì)于常規(guī)傾斜航攝而言，垂直影像大中城市航向重疊度一般不低于70%,重 疊度過(guò)高會(huì)使基線變短增加旋偏角超限概率7，考慮到空三連接效果設(shè)計(jì)為80%。 垂直影像旁向重疊度一般應(yīng)設(shè)計(jì)為60%80%，最低不低于40%6。最終旁向重 疊度設(shè)計(jì)為75%。2.3近地面照片

5、拍攝近地面照片的拍攝是整個(gè)方案中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接影響空三的成功率及模型的 效果。雖然傾斜攝影可以進(jìn)行無(wú)規(guī)律的多視角匹配，但是在角度差異較大以及影 像比例差異較大時(shí)匹配成功率會(huì)大幅降低。近地面照片的拍攝一般根據(jù)常規(guī)航攝 以及現(xiàn)場(chǎng)地物地形情況來(lái)規(guī)劃拍攝方案。按照低矮獨(dú)棟建筑、低矮成片建筑、高 層獨(dú)棟建筑、高層成片建筑以及地形路面等類別分別制定攝影方案。低矮獨(dú)棟建筑。包括各類低矮建筑以及城市雕塑等。采用固定高度傾斜對(duì)著側(cè)面 高重疊度的進(jìn)行繞飛。繞飛時(shí)應(yīng)保持傾角基本穩(wěn)定，同時(shí)像片中心與建筑主體中 心大體一致。低矮成片建筑。主要是低矮的沿街底商。采用固定高度傾斜對(duì)著側(cè)面高重疊度的 沿外側(cè)輪廓進(jìn)行飛行拍

6、攝。根據(jù)商鋪周邊樹木以及商鋪遮擋情況確定高度和傾角。 在條件允許的情況傾角以45度為宜。高層獨(dú)棟建筑。對(duì)于獨(dú)棟高層建筑一般采用多高度多層次繞飛的方案?？梢愿鶕?jù) 建筑情況選擇水平繞飛或垂直繞飛。繞飛時(shí)保持傾角重疊度基本一致。對(duì)于玻璃 幕墻或反光強(qiáng)烈的建筑注意選擇合適的光線條件及傾斜角度。高層成片建筑。主要指成片的高層小區(qū)。在常規(guī)航攝時(shí)對(duì)成片高層建筑區(qū)域應(yīng)加 大重疊度飛行。在補(bǔ)飛時(shí)主要對(duì)該片建筑外圍側(cè)立面進(jìn)行多層次補(bǔ)飛。一般采用 統(tǒng)一高度繞外圍側(cè)立面多次飛行的方案。圖2低矮獨(dú)棟建筑地面拍攝照片圖3低矮成片建筑地面拍攝照片圖4高層獨(dú)棟建筑地面拍攝照片圖5高層成片建筑地面拍攝照片根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)在近地面拍

7、攝時(shí)遵循以下經(jīng)驗(yàn)會(huì)大幅提高匹配及空三的成功率。1）拍攝時(shí)傾角不宜超過(guò)傾斜相機(jī)傾角15度。近地面多個(gè)高度大重疊度拍攝時(shí)可 適當(dāng)放寬。2）近地面拍攝時(shí)的光線條件應(yīng)盡量與空中攝影時(shí)一致或相近。特別是太陽(yáng)光線 強(qiáng)烈時(shí)，兩次拍攝的時(shí)間點(diǎn)應(yīng)基本相近。3）近地面拍攝時(shí)應(yīng)遵循一定的路徑和軌跡，相鄰相片的重疊度不應(yīng)低于70%。4）高層建筑在近地面補(bǔ)拍時(shí)應(yīng)采用多個(gè)高度多層次拍攝的方案，同時(shí)每層次照 片重疊度應(yīng)不低于70%。5）盡量避免多次重復(fù)拍攝，在滿足重疊度的情況下控制相片冗余。2.4混合空三處理在常規(guī)傾斜攝影及近地面補(bǔ)拍照片結(jié)束后按照上文所述的第二種方式進(jìn)行混 合空三處理。首先進(jìn)行空三分區(qū)，空三分區(qū)主要根據(jù)近

8、地面補(bǔ)拍的地物獨(dú)立范圍以及單個(gè) 空三分區(qū)像片最大數(shù)量進(jìn)行劃分。劃分時(shí)盡量以空地、水域以及小區(qū)內(nèi)部區(qū)域?yàn)?邊界。初步空三。在空三分區(qū)之后，分別對(duì)區(qū)域內(nèi)傾斜攝影和近地面補(bǔ)拍的照片單 獨(dú)空三，以獲取初始姿態(tài)。如果pos數(shù)據(jù)包含完整的外方位以及精度滿足刺點(diǎn)要求也可跳過(guò)?；旌峡杖?。將初步空三后的傾斜攝影和近地面照片合并。然后根據(jù)需要均勻 的刺相控點(diǎn)和連接點(diǎn)。像控點(diǎn)的選點(diǎn)和刺點(diǎn)方案與常規(guī)方案一致，可以不考慮近 地面補(bǔ)拍照片。連接點(diǎn)主要針對(duì)近地面照片與空中傾斜照片建立連接關(guān)系，提升 空三的成功率。一般一個(gè)補(bǔ)拍區(qū)域應(yīng)刺連接點(diǎn)三到五個(gè)。刺點(diǎn)完成后即可提交空 三處理。空三檢查?；旌峡杖幚砗?，應(yīng)檢查空三結(jié)果是否合

9、格。主要檢查像片姿態(tài) 是否異常、自動(dòng)連接點(diǎn)是否異常、像控點(diǎn)殘差是否超限、人工連接點(diǎn)殘差是否超 限等。特別是地面像片的姿態(tài)，應(yīng)分別通過(guò)空三報(bào)告及三維視圖進(jìn)行檢查。對(duì)于 空三不合格的情況需要根據(jù)情況調(diào)整人工連接點(diǎn)、控制點(diǎn)以及照片，然后重新進(jìn) 彳丁空三處理。模型輸出。在空三結(jié)果符合精度要求后，可進(jìn)行模型成果的輸出。有多個(gè)空 三分區(qū)時(shí)可選擇合并空三后再進(jìn)行模型輸出。模型輸出時(shí)需考慮模型區(qū)域的有效 性。3效果評(píng)估經(jīng)過(guò)大量項(xiàng)目實(shí)踐，空地一體的傾斜攝影建模處理方案能夠在大多數(shù)情況下 有效提升模型效果。特別是對(duì)建筑側(cè)立面、沿街商鋪效果特別明顯。沿街商鋪的效果是大多數(shù)傾斜攝影項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)方面，實(shí)踐證明空地

10、 一體的方案能夠非常明顯的提升模型效果，無(wú)論是結(jié)構(gòu)還是紋理。圖6混合處理后效果圖7常規(guī)處理效果對(duì)于建筑側(cè)立面的改善也非常顯著，特別是能夠大幅改善建筑邊緣及細(xì)小結(jié) 構(gòu)的變形。對(duì)于植被覆蓋區(qū)域、水面等效果改善不明顯。路面能夠提升路面紋理的分辨 率，也能局部改善路面凹凸變形情況。但是整體上看提升效果一般。3小結(jié)通過(guò)大量項(xiàng)目實(shí)踐，采用近地面補(bǔ)拍照片與空中傾斜攝影空地一體混合建模處 理的技術(shù)方案能夠有效的提升模型整體效果。特別是對(duì)于建筑和底商，效果提升 非常明顯。但是對(duì)于近地面補(bǔ)拍照片的方案具有較強(qiáng)的主觀性，沒有形成統(tǒng)一的 規(guī)律。同時(shí)照片補(bǔ)拍時(shí)基本采用純手工拍攝，效率較低。未來(lái)能否根據(jù)空中傾斜 照片形成的初始成果，按照既定的規(guī)律計(jì)算補(bǔ)拍照片的點(diǎn)位和角度，在現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)拍 時(shí)實(shí)現(xiàn)較高自動(dòng)化的按照計(jì)算的點(diǎn)位進(jìn)行補(bǔ)拍將是空地一體傾斜攝影技術(shù)發(fā)展的 重點(diǎn)方向。參考文獻(xiàn)：1廖明偉，廖明，萬(wàn)敏.空地一體化傾斜攝影與實(shí)景三維融合關(guān)鍵技術(shù)探討.江西 測(cè)繪J，2017(1):2-3.2王崇倡，張秀巖，紀(jì)亮.基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)三維紋理遮擋處理.測(cè)繪與空間 地理信息J，2018(3):61-64.3趙之星.用于三維建模的無(wú)人機(jī)傾斜攝影飛行參數(shù)優(yōu)化研究.西安：西安科技大 學(xué)D，2017.李淑榮，李鋒.傾斜攝影模型后處理與建庫(kù)研究.城市勘測(cè)J，2017(2):98-