無人機(jī)航空攝影數(shù)據(jù)處理方法探究

王勝春

（西山煤電屯蘭礦地測科， 山西 太原 030206）

引言

近些年無人機(jī)遙感技術(shù)迅速發(fā)展，它具有拍攝角度靈活、起降不受地形地勢影響、懸停時(shí)間長、分辨率高的優(yōu)勢，無人機(jī)影像為二維，不能真實(shí)將場景展現(xiàn)給人們，所以將無人機(jī)影像通過三維重建算法生成三維模型不可避免[1-3]。無人機(jī)航拍影像的多視圖幾何三維重建方法來構(gòu)建三維模型，該方法與其他方法相比具有價(jià)格低廉、操作簡單、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，具有重要的意義。

Agisoft photoscan是俄羅斯Agisoft公司出產(chǎn)的一款三維重建軟件，是根據(jù)多視圖幾何三維重建技術(shù)，對拍攝的照片進(jìn)行處理，該軟件處理的工作流程完全是自動(dòng)化的[4-6]。本文以某個(gè)地區(qū)為例，使用md4-1000無人機(jī)，相機(jī)平臺(tái)使用單反相機(jī)，型號為索尼NEX-7，其中無人機(jī)的詳細(xì)參數(shù)如下表1所示，航拍的影像分辨率為0.3 m，航線設(shè)計(jì)為800 m，一共分為兩個(gè)架次，6條航線進(jìn)行拍攝，影像重疊率為75%。軟件工作流程主要包括數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)定向、立體建模、紋理映射等步驟，流程如圖1所示。

表1 MD4-1000無人機(jī)規(guī)格參數(shù)

1 Agisoft photoscan工作流程

1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

無人機(jī)在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，有時(shí)候會(huì)受到外界因素的影響，拍攝的影像會(huì)不清楚，作業(yè)完成之后，非常有必要對每張影像進(jìn)行檢查，把質(zhì)量不好的影像去除，影像沒有問題之后，要對無人機(jī)的POS信息進(jìn)行檢查，圖2和圖3為無人機(jī)拍攝的影像及POS信息。

圖1 Agisoft photoscan處理流程

圖2 無人機(jī)影像

圖3 POS信息

1.2 加載數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)定向

軟件根據(jù)攝影測量的一些原理以及多視圖幾何三維重建技術(shù)，在不需要人工干預(yù)的情況下，求出每張照片的空間信息，然后對其進(jìn)行定向等操作。無人家航拍的照片加載及數(shù)據(jù)定向之后，會(huì)顯示照片是按照6條航線進(jìn)行拍攝的，如下頁圖4所示。一共加載了40張影像。軟件通常在處理數(shù)據(jù)比較大的時(shí)候，會(huì)根據(jù)航線不同的布局進(jìn)行劃分處理，并分別進(jìn)行操作，最后再進(jìn)行合并和紋理映射。通過這種方式，不僅可以充分利用計(jì)算機(jī)性能的優(yōu)勢，還可以大大提高處理大數(shù)據(jù)量的效率。

1.3 點(diǎn)云生成

稀疏點(diǎn)云主要是通過相對旋轉(zhuǎn)矩陣的計(jì)算、相對平移向量計(jì)算、全局旋轉(zhuǎn)矩陣的計(jì)算、全局平移向量計(jì)算、計(jì)算三維點(diǎn)云等五部分一起構(gòu)成。根據(jù)五部分計(jì)算圖像之間的關(guān)系，然后把所有特征點(diǎn)在每幅圖像中進(jìn)行鏈接形成連接點(diǎn)并通過三角化計(jì)算其相應(yīng)的三維坐標(biāo)值，最終通過集束調(diào)整進(jìn)行整體優(yōu)化。密集點(diǎn)云是在稀疏點(diǎn)云的基礎(chǔ)上，通過恢復(fù)圖像序列的方位元素基礎(chǔ)上，通過每個(gè)像素的匹配關(guān)系來得到視圖之間匹配關(guān)系的視差圖，然后通過已知的方位元素對匹配的像素進(jìn)行前方交會(huì)。照片之間的定向完成之后，圖5分別是生成的稀疏和密集的點(diǎn)云，點(diǎn)云的個(gè)數(shù)分別為35 518，7 942 450。

圖4 數(shù)據(jù)定向

圖5 稀疏點(diǎn)云和密集點(diǎn)云

1.4 網(wǎng)格生成與紋理映射

密集點(diǎn)云生成之后，通過使用Delaunay方法對得到的離散稠密點(diǎn)云進(jìn)行剖分，最后來構(gòu)建三角形網(wǎng)格，網(wǎng)格生成后，再進(jìn)行紋理映射得到最終的三維模型。圖6分別為網(wǎng)格生成與紋理映射結(jié)果。

1.5 成果輸出

如果紋理映射完成之后，導(dǎo)出的成果主要數(shù)字正射影像（DOM）和數(shù)字三維模型，在進(jìn)行導(dǎo)出時(shí)，如下圖所示，對分辨率、投影類型和圖的大小都可以進(jìn)行設(shè)置。DOM一般導(dǎo)出為TIFF格式，三維模型一般導(dǎo)出為OBJ格式。導(dǎo)出的DOM（左邊）和三維模型（右邊）如圖7所示。

圖6 網(wǎng)格生成和紋理映射

圖7 DOM和三維模型

2 結(jié)語

Agisoft PhotoScan軟件是一款可以通過無人機(jī)影像自動(dòng)化建模的三維軟件，軟件操作界面簡單，處理算法比較先進(jìn)，精度高且可靠穩(wěn)定。通過對數(shù)據(jù)定向、點(diǎn)云生成和網(wǎng)格生成及紋理映射及成果輸出等操作的介紹分析，為后期應(yīng)用Agisoft PhotoScan軟件進(jìn)行三維模型重構(gòu)提供一些操作上的參考意義。