傾斜攝影測量中影響模型精度的因素分析

賈玉林

【摘? 要】目前，傾斜攝影測量作為一種新技術，經過不斷的探索、應用和發展，已開始在測繪行業中大顯身手，并取得了不小的成績。通過三維模型進行的矢量數據采集，其矢量精度完全依賴于三維模型精度。論文以實踐經驗為基礎，定性地分析了在航空攝影、像控測量、模型生產三階段中，影響模型精度的因素，希望對三維模型的生產起到一定的指導作用。

【Abstract】At present， oblique photogrammetry as a new technology， after continuous exploration， application and development， has begun to play a great role in the surveying and mapping industry， and has made no small achievements. The vector accuracy of? vector data acquisition based on 3D model is completely dependent on the accuracy of 3D model. Based on practical experience， this paper qualitatively analyzes the factors that affect the model accuracy in the three stages of aerial photography， image control measurement and model production， and hopes to play a guiding role in the production of 3D model.

【關鍵詞】傾斜攝影測量;三維模型;精度;影響因素

【Keywords】oblique photogrammetry; 3D model; accuracy; influencing factors

【中圖分類號】P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）02-0185-02

1 引言

目前，傾斜攝影測量在全國各地開展得如火如荼，從無人機制造，相機生產、軟件研發到數據獲取處理，形成了一條完整的生產鏈。為了能在滿足項目精度需求的前期下，以更少的作業人員和更快的作業速度完成項目，研發人員和作業人員都在不斷努力，嘗試著各種方法希望將傾斜攝影應用到各行各業。但作為測繪產品，幾乎所有數據的檢查驗收都有一項精度指標，精度是否滿足要求直接關系到以后的成果應用，利用傾斜攝影生產的三維模型也不例外。下面從模型生產的全階段分別敘述影響模型精度的因素，以便更好地進行技術設計，保證成果滿足項目需求。

2 航空攝影階段

航空攝影階段的任務主要是多視角影像數據和相應位置姿態數據的獲取。傾斜相機的選擇、航線的規劃設計會對后期模型生產的精度產生很大的影響。

2.1 影像數據的影響

航空攝影測量已經經歷了模擬和解析兩個階段，現正處于數字攝影測量階段，數字航測的一個顯著特點是后期內業生產時，主要依靠計算機視覺技術利用已知內外方位元素的數字影像，進行數量巨大的同名像點密集匹配，而傾斜攝影測量更是用到了多視影像密集匹配。影像數據質量的好壞會直接關系到匹配精度，對于后期3D TIN的構建和紋理映射都將會有影響。

影像數據的質量主要為影像色彩的質量。在沒有云、雪、霧和天氣等自然因素的干擾下，評價一幅影像數據質量的好壞主要看其光譜信息是否獲取完整，分解率是否滿足要求。這些因素主要依賴于攝影傳感器的質量。評價一臺傳感器質量主要看其設備參數，傳感器中CCD或CMOS尺寸越大，像元越大，其感光能力越強，成像效果好，獲取的光譜信息越豐富，拍攝的影像數據的色彩也就越自然，分解率也高，但CCD或CMOS尺寸越大，制造工藝也越難，造價也越高。

目前，用于傾斜攝影的設備主要有：需要載人飛機搭載的專業航攝儀，如RCD30、SWDC-5等，其全都基于中畫幅相機制造;需要無人機搭載的傾斜相機，如DG3、KQ-CAM5等，均基于小畫幅相機制造。所以，在選擇傾斜相機時，不能只關注相機像素，需要從傳感器的各方面入手，依據項目的需求選擇合適的傾斜相機進行作業，使精度和效率均有兼顧。

對于各類傾斜相機，在獲取目標物影像時，還需要按照要求依據成圖比例尺，設計合理的地面分辨率。因后期空三加密中的像點量測、相對定向的精度都直接和地面分辨率有關。

2.2 POS數據的影響

POS數據主要包括GNSS位置信息和IMU姿態信息，這兩項數據是后期空三加密中，共線方程用到的初始值。精確的POS數據可以在多視影像聯合平差中與地面像控一起，保證空三加密求出的外方位元素和加密點解更加嚴密。而精度較低的POS數據可能達不到預期的效果，而需要更多的像控點測量進行彌補，才能保證最后的成果精度。

目前，市場上主流的傾斜相機基本都具有輸出POS數據的能力，但部分設備輸的GNSS為偽距單點定位成果。部分設備輸出的POS需要利用精密星歷解算，精度高于偽距單點定位。部分設備在進行航攝過程中利用PPK技術，在地面架設基站，最后POS輸出時進行聯合解算，精度高于精密單點定位，但作業半徑要小于精密單點定位作業模式。

作業期間，需要根據工程對成果精度的要求、測繪環境的復雜程度綜合考慮使用何種POS設備，以便在滿足成果精度的前提下，有效降低外業像控測量的工作量。

2.3 重疊度的影響

數字攝影測量的相關規范中，對重疊度都有相應的要求，保證不能出現絕對漏洞和相對漏洞，同時也保證后期的計算機自動匹配程度和匹配精度。重疊度越大，匹配越容易，前方交會的精度也會提高，對后期模型的平面和高程精度都會有影響。

目前，行業內并沒有可以參考的傾斜攝影相關標準。根據已有的航攝規范和作業經驗，進行傾斜航空攝影時，航向重疊度一般為80%，旁向重疊度一般為60%～80%，較傳統航攝的重疊度要大很多。足夠的重疊度可以很好地保證同名像點在多張照片和多個視角上都能體現，防止在各視角影像上同時出現遮擋的情況，為后期的多視影像密集匹配創造更好的條件。

3 像控布設測量階段

像控點是后期空三加密中絕對定向的主要依據，只有合理的布設方案和精確的點位測量，才能保證絕對定向的準確性，才能保證空三加密中加密點的準確性[1]。

《低空數字航空攝影測量外業規范》中，像控點的布設需要根據空三加密點的精度，反推航向基線間隔數。目前，雖然傾斜攝影相應規范并沒有出臺，但像控點的布設依然可以參考該規范進行設計布設，通過不同方案的比對，完成實驗測試，保證成果精度滿足要求。

依靠現在高精度的網絡GNSS-RTK技術，像控點的測量已不同以往，平面位置精度可以很輕易地滿足圖根控制點的精度，高程需要通過付費解算的方式才能得到滿足我國的1985高程基準的成果。但在進行外業測繪的過程中，要保證測量的解狀態為固定解。

4 模型生產階段

攝影測量技術的實現主要利用透視幾何的原理，而光學鏡片固有的透視失真，使每個鏡頭拍攝的照片都不同程度存有畸變，這就造成了成圖比例尺與攝影比例尺之比的放大倍率在像片的不同部位不一致，尤以像片視場邊緣最為嚴重。而利用透視幾何原理，按照共線方程求解的外方位元素和加密點坐標成果都將受到影響，最后密集匹配形成的TIN和白膜精度也會有所損失。

為消除鏡頭的畸變，每臺傾斜相機出廠均會提供鏡頭的校檢報告，報告中會將每個鏡頭的內方位元素、徑向畸變系數、偏心畸變系數，通過校檢場實地校檢的方式詳細列出。在進行空三加密之前的工程建立時，需要將每個鏡頭的畸變參數輸入軟件中并與每張照片相對應，以便后期軟件對照片進行校準，減少畸變對模型精度的影響。軟件對畸變的優化校準如圖1所示。

此外，不同的空三加密算法，如何利用POS提供的外方位元素，像控成果和像片，通過共線方程進行聯合計算，減小誤差，得出嚴密解，也是模型精度的影響因素之一[2]。

所以，內業生產需要選用市場應用口碑好、通用性強的處理軟件，盡量減少人為干預，有效降低工作強度，提高模型生成精度。

5 結語

根據上述分析，利用傾斜攝影進行三維模型生產時，需要根據項目的特點和目的，綜合考慮相機參數、地面分辨率、POS精度、重疊度、像控點的布設測量、鏡頭畸變差和軟件空三處理能力對模型精度的影響，充分考慮各自的邊際效應，合理選擇設備和設計各項參數，生產適合項目要求的三維模型，精度高的模型更能為后期的矢量采集提供良好的基礎。

【參考文獻】

【1】汪承義，陳靜波，孟瑜，等.新型航空遙感數據處理技術[M].北京：化學工業出版社，2016.

【2】張永軍，張勇.大重疊度影像的相對定向與前方交會精度分析[J].武漢大學學報（信息科學版），2005（02）：126-130.