傾斜攝影測量的城市真三維模型構(gòu)建辦法研究

陳赫曦

核工業(yè)二四〇研究所 遼寧 沈陽 110000

引言

在過去城市模型建設(shè)中，受到技術(shù)條件的限制，難以保證模型構(gòu)建精度，更多的是偽3D城市模型。而傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)，為三維城市模型構(gòu)建提供了基礎(chǔ)支撐。在慣性導航、GPS技術(shù)加持下，讓傾斜攝影測量技術(shù)的可用性進一步提升。傾斜攝影測量通過多角度拍攝為核心，獲取到航空傾斜影像，反映出城市真實的地物情況，借助建模技術(shù)、融合技術(shù)、定位技術(shù)構(gòu)建真三維模型，極大地提升了城市三維建模的質(zhì)量和效率。

1 傾斜攝影測量技術(shù)相關(guān)闡述

傾斜攝影測量技術(shù)是在傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)上，增加了前后左右四個方向傳感器，同時拍攝正向以及四個傾斜的相片，拍攝中記錄航速、航向、航高等參數(shù)，之后整理傾斜影像，并做進一步分析。相同地物景象最多有8張照片呈現(xiàn)，可以更好地分析建筑結(jié)構(gòu)，從中選擇最清晰的照片制作細節(jié)紋理，保證城市建模的真實性。相對于傳統(tǒng)影像技術(shù)，傾斜攝影測量技術(shù)可以從多個角度觀察拍攝對象，讓地物情況反映更加真實[1]。配套使用相應(yīng)軟件，可以直接測量被測對象的長度、高度、面積、角度、坡度等樹形。將傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用在城市真三維模型構(gòu)建中，借助成圖規(guī)模大、影像批量提取、貼紋理等優(yōu)勢，可大大降低城市真三維建模成本。

2 城市真三維建模流程

傾斜攝影測量技術(shù)在城市鎮(zhèn)三維建模中應(yīng)用需要借助street factory系統(tǒng)。其主要流程為：

分析數(shù)據(jù)資料，對數(shù)據(jù)進行預處理，排除資料缺陷，保證建模資料完整，格式符合要求。

在空中用三角測量傾斜影像，得到影像高精度方位元素。之后校正畸變，得出傾斜影像、高精度外方位元素，通過多視影像密集匹配，獲取到三維點云，即可構(gòu)建城市3D TIN模型。

在3D TIN模型當中選擇最佳紋理信息，可以采用三角形面片的線法方程、二維圖像的夾角選擇，通過軟件的紋理自動關(guān)聯(lián)功能即可完成。

紋理關(guān)聯(lián)后輸出即可得到城市真三維模型。

3 傾斜攝影測量在城市真三維模型構(gòu)建中的應(yīng)用

3.1 傾斜影像與空中三角測量

在傾斜影像當中，過去采用的像點自動測量方法已經(jīng)被淘汰，而傾斜攝影測量當中瞬時POS系統(tǒng)，可以直接通過觀測得到初始外方位元素，借助多個傳感器獲取的數(shù)據(jù)信息構(gòu)成模型，多視影像當中對每個像元計算，借助像元的基線特征，可生成傾斜影像連接點，參照外業(yè)控制點得到區(qū)域網(wǎng)平差，這樣即可在多個視角下實現(xiàn)三角測量[2]。在整個使用當中，其基礎(chǔ)硬件是傾斜相機，可組合成傳感器模型，可更好的模擬城市結(jié)構(gòu)，優(yōu)化航拍參數(shù)，確保連接點的精準性。傾斜攝影技術(shù)具有多影像、多角度特性，三角測量必須保證精度達標，因此要抓住以下幾個要點：

結(jié)合拍攝區(qū)域面積實現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)劃分，將其分解為多個子區(qū)域網(wǎng)空間，匹配連接點進行平差計算，將自動降差點消除，調(diào)整人工點位，之后即可建設(shè)子區(qū)域空間，保證區(qū)域建設(shè)精度。

將所有的子區(qū)域網(wǎng)整合，形成一個完整的區(qū)域網(wǎng)，對整體區(qū)域平差處理，產(chǎn)生多角度連接點，覆蓋整個區(qū)域，位置分配足夠均勻，要求誤差低于0.3像素。

建設(shè)完區(qū)域網(wǎng)之后，在區(qū)域網(wǎng)中加入外業(yè)像控點、檢查點，參照這些點位在影像當中的具體位置，借助裸眼立體環(huán)境，確保調(diào)整精度。

整體區(qū)域網(wǎng)平差計算當中，加入相應(yīng)的連接點，將其投射到坐標中，把整個區(qū)域網(wǎng)規(guī)劃到位。

完成上述操作使用空三加密數(shù)據(jù)，優(yōu)化高精度影像外方位元素，消除畸變差影像，之后即可應(yīng)用到氣候建設(shè)城市三維模型當中，還可以提取紋理。

3.2 多視角影像密集匹配架構(gòu)3D TIN模型

street factory系統(tǒng)當中，通過畸變校正得到多時影像、空三優(yōu)化后得到高精度外方位元素，在立體影像創(chuàng)建當中，通過多基元、多視影像密集匹配技術(shù)，通過規(guī)格網(wǎng)絡(luò)對平面空間進行劃分，將匹配基元匹配，包括像方特征點、物方面元，借助多視影像特征點、成像信息，通過影像不固定匹配策略，實現(xiàn)影像的密集匹配，借助多視匹配冗余信息，可以減少匹配過程中的負面影響因素，加入并行計算方法提升效率，精準、快速地獲取到多視影像點坐標，得到地物高密度三維點云數(shù)據(jù)，結(jié)合點云構(gòu)建不同層次細節(jié)度下的TIN模型。優(yōu)化三角網(wǎng)可以將三角尺寸調(diào)節(jié)到和原始影像分辨率相匹配的比例，之后分析連續(xù)曲邊變化率，簡化平坦空間三角網(wǎng)絡(luò)，減少計算數(shù)據(jù)量，獲得城市3D TIN模型架構(gòu)。

3.3 自動紋理關(guān)聯(lián)

獲取到城市3D TIN模型架構(gòu)之后，即可進行紋理關(guān)聯(lián)工作。主要內(nèi)容包括3D TIN模型、配準紋理圖像、貼附紋理。在傾斜攝影中得到多角度的影像，而不同角度可以同時獲取相同地物信息，所以選擇目標影像非常重要。在表面模型中，可以借助三角形面片線法方程、二維圖像角度，通過模型系統(tǒng)自動衡量得出相應(yīng)的紋理影像，在此過程中，夾角越小則表示三角形面片和圖像平面越趨于平行，也就是紋理質(zhì)量較高。該方法可以確保3D TIN模型三角形面片與目標圖像點一一對應(yīng)[3]。之后借助3D TIN模型，計算得出三角形、像中對應(yīng)區(qū)域幾何關(guān)系，紋理影像中獲取三角形面對應(yīng)紋理區(qū)，在3D TIN模型中配準紋理圖像。相對應(yīng)的三角形面片當中，把配準紋理圖像反投射，即可繪制出城市真3D模型，得到紋理貼附。

4 結(jié)束語

綜上所述，在構(gòu)建城市真三維模型當中應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)，通過多角度拍攝，有效減少了人工干預，所建設(shè)的城市模型更加直觀，確保了模型建設(shè)精度，提高了模型建設(shè)效率，更好地滿足使用需求。并且可以大大降低城市建設(shè)成本，如今已經(jīng)成為測繪領(lǐng)域中不可或缺的技術(shù)之一。