淺析無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)與應(yīng)用

張逢春

（云南省有色地質(zhì)局三一0隊(duì)，云南 大理 671000）

隨著地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用升級，三維建模技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛運(yùn)用。在三維建模過程中，如何把無人機(jī)傾斜攝影測量影像處理運(yùn)用得更好是急需要解決的問題。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢是顯而易見的,比如：突破了以往航測遙感影像拍攝方法的局限性，方便傳感器在不同方位任何角度獲取被攝物體的表面信息，并使眾多傳感器同一時間進(jìn)行工作，使得采集的工作效率大大提高，保證數(shù)據(jù)既真實(shí)可靠、完整，同時也避免了采集工作的重復(fù)性[1]。人們對三維信息的需求都可以通過后期處理得到，影像解譯后還可以獲得更多信息。

1 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

1.1 無人機(jī)數(shù)字影像獲取

傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器（目前常用的是五鏡頭相機(jī)），同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息[2]。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正片（一組影像），鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝獲取的影像稱為斜片（四組影像）。

海量的傾斜模型數(shù)據(jù)和模擬的三維立體不僅驗(yàn)滿足了旅游、景區(qū)等行業(yè)應(yīng)用，更為房產(chǎn)、國土、城管、智慧城市、規(guī)劃、水利、電力、礦山開發(fā)及能源開采等行業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)平臺。同時基于GPU的三維空間分析功能與傾斜攝影模型的高精度的結(jié)合，可以在突發(fā)事件時快速反應(yīng)事發(fā)地周圍的詳細(xì)信息，在應(yīng)急行動中對人員及財產(chǎn)的安全有時甚至能起到?jīng)Q定性作用。

1.2 無人機(jī)影像特征提取

特征提取詳細(xì)的操作主要是對于影像中同名點(diǎn)的圖像信息，利用僅僅一臺計算機(jī)進(jìn)行提取，使相同的影像特征存在于信息，并將信息歸類劃分，最后呈現(xiàn)的是一個個各異的子集，這樣的子集的構(gòu)成一般都是由一個單獨(dú)的點(diǎn)、一條相連接續(xù)的曲線、一個相連接續(xù)的地域共同構(gòu)成的[3]。在實(shí)行提取時每每都必須要有依據(jù)，但是詳細(xì)的應(yīng)對措施還需要根據(jù)當(dāng)前面臨的狀況來決策，打個比方就是對于灰度在一定的區(qū)域散布的情況，經(jīng)過研究這一情況來一步步固定位置、形狀、大小。

1.3 影像匹配技術(shù)要點(diǎn)

影像匹配是指通過一定的匹配算法在兩幅或多幅影像之間識別同名點(diǎn)的過程。它是圖像融合、目標(biāo)識別、目標(biāo)變化檢測、計算機(jī)視覺等問題中的一個重要前期步驟，在遙感、數(shù)字?jǐn)z影測量、計算機(jī)視覺、地圖學(xué)及軍事應(yīng)用等多個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。基于無人機(jī)攝影測量中的圖像匹配研究，探索采用各種算法進(jìn)行特征點(diǎn)檢測與匹配，然后進(jìn)行自動空三解算，最后生成DEM和DOM。由于匹配點(diǎn)的分辨率決定了DEM和DOM的精度，因此根據(jù)此類影像的特點(diǎn)探索適合的特征匹配算法，對于提高正射影像及其它產(chǎn)品的精度十分必要。根據(jù)提取特征的層次，可將影像匹配方法分為三類：基于灰度的圖像匹配算法，基于特征的圖像匹配算法，基于理解和解譯的圖像匹配算法。比較典型的計算方法有協(xié)方差法、相關(guān)系數(shù)法、平均絕對差法、零平均標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)系數(shù)法、平均平方差算法等。

2 城市三維建模中傾斜攝影測量影像處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 城市三維建模

傾斜攝影技術(shù)是國際攝影測量領(lǐng)域近十幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，該技術(shù)通過從一個垂直、四個傾斜、五個不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的三維城市模型。

2.2 傾斜攝影測量的技術(shù)特點(diǎn)

特點(diǎn)一：反映地物周邊真實(shí)情況：相對于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察地物，更加真實(shí)的反映地物的實(shí)際情況，極大的彌補(bǔ)了基于正射影像應(yīng)用的不足。特點(diǎn)二：傾斜影像可實(shí)現(xiàn)單張影像量測：通過配套軟件的應(yīng)用，可直接基于成果影像進(jìn)行包括高度、長度、面積、角度、坡度等的量測，擴(kuò)展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。特點(diǎn)三：建筑物側(cè)面紋理可采集：針對各種三維數(shù)字城市應(yīng)用，利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，加上從傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效的降低城市三維建模成本。特點(diǎn)四：數(shù)據(jù)量小易于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布：相較于三維GIS技術(shù)應(yīng)用龐大的三維數(shù)據(jù)，應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)獲取的影像的數(shù)據(jù)量要小得多，其影像的數(shù)據(jù)格式可采用成熟的技術(shù)快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)共享應(yīng)用。

2.3 航空傾斜攝影測量技術(shù)建模

傳統(tǒng)三維建模通常使用3dsMax、AutoCAD等建模軟件，基于影像數(shù)據(jù)、CAD平面圖或者拍攝圖片估算建筑物輪廓與高度等信息進(jìn)行人工建模。這種方式制作出的模型數(shù)據(jù)精度較低，紋理與實(shí)際效果偏差較大，并且生產(chǎn)過程需要大量的人工參與；同時數(shù)據(jù)制作周期較長，造成數(shù)據(jù)的時效性較低，因而無法真正滿足用戶需要。傾斜攝影測量技術(shù)以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程生成的數(shù)據(jù)成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為真實(shí)效果和測繪級精度提供保證。同時有效提升模型的生產(chǎn)效率，采用人工建模方式一兩年才能完成的一個中小城市建模工作，通過傾斜攝影建模方式只需要三至五個月時間即可完成，大大降低了三維模型數(shù)據(jù)采集的經(jīng)濟(jì)代價和時間代價。目前，國內(nèi)外已廣泛開展傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用，傾斜攝影建模數(shù)據(jù)也逐漸成為城市空間數(shù)據(jù)框架的重要內(nèi)容。

3 總結(jié)

隨著三維數(shù)字城市建設(shè)步伐的加快，需要采集更豐富的三維城市數(shù)字信息，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)憑著自身的優(yōu)勢在未來具有良好的發(fā)展趨勢，將無人機(jī)的傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用于三維城市建模中，加速培養(yǎng)處理無人機(jī)傾斜攝影測量影像處理與三維建模方面的專業(yè)人才，助推城市建設(shè)駛?cè)肟燔嚨溃龠M(jìn)地理信息應(yīng)用升級，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]點(diǎn)面結(jié)合的無人機(jī)傾斜攝影解決方案在應(yīng)急測繪保障中的應(yīng)用[J]．黃敏兒,南勝,周興華,韓紅,仲偉凡．城市勘測．2017(02)．

[2]基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測繪大比例尺地形圖的可行性研究[J]．孫亮,夏永華．價值工程．2017(08)．

[3]無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在特高壓輸電線路路徑優(yōu)化中的應(yīng)用研究[J]．湯堅,楊驥．南方能源建設(shè)．2015(S1)．