基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)的實(shí)景三維建模探究

常龍 游華武

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-6637

摘? 要：無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)突破傳統(tǒng)垂直角度航攝的限制，通過(guò)多臺(tái)傳感器的搭載，可以從不同的角度完成對(duì)同一建筑物的拍攝，讓航測(cè)數(shù)據(jù)變得更加豐富，使得數(shù)據(jù)基礎(chǔ)變得更加充足。同時(shí)，通過(guò)與三維建模技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，讓人們對(duì)建筑物的觀察更加直觀和真實(shí)，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，可以完成實(shí)景三維模型的專(zhuān)業(yè)化構(gòu)建，使得地物的實(shí)際色彩及紋理得到有效還原，讓相關(guān)工作人員對(duì)建筑物外形及整體結(jié)構(gòu)有全面了解，同時(shí)能夠分析周?chē)h(huán)境狀態(tài)，并且可以體現(xiàn)建筑物的細(xì)節(jié)，促進(jìn)工程領(lǐng)域及其他行業(yè)的穩(wěn)定有序發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)? ?傾斜攝影數(shù)據(jù)? ? 實(shí)景三維建模? ?航測(cè)數(shù)據(jù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）09（a）-0012-03

Research on 3D Modeling of Real Scene Based on UAV Tilt Photography Data

CHANG Long1? ?YOU Huawu2

（1.Nari Power Design Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 211100 China; 2. Nari Power Design Co.， Ltd.， Fuzhou， Fujian Province， 350007 China）

Abstract： UAV tilt photography technology has broken through the limitations of traditional vertical-angle aerial photography. Through the carrying of multiple sensors， it can complete the shooting of the same building from different angles， enrich the aerial survey data and make the data base more sufficient. At the same time， through the organic combination with three-dimensional modeling technology， people can observe buildings more intuitively and realistically. Using drone tilt photography technology， the professional construction of real-life three-dimensional models can be completed， so that the actual colors and textures of the ground objects can be obtained. Effective restoration allows relevant staff to have a comprehensive understanding of the shape and overall structure of the building， and at the same time can analyze the surrounding environment， and can reflect the details of the building， and promote the stable and orderly development of the engineering field and other industries.

Key Words： UAV; Tilt photography data; Real scene 3D modeling; Aerial survey data

無(wú)人機(jī)傾斜攝影屬于一種高新技術(shù)，通過(guò)對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的合理運(yùn)用，可以為實(shí)景三維建模提供準(zhǔn)確且全面的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。以此為前提的實(shí)景三維建模讓建筑物及地理?xiàng)l件得到更加清晰的還原，并且無(wú)人機(jī)傾斜攝影可以對(duì)傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中存在的不足之處進(jìn)行有效彌補(bǔ)，如成本高、角度單一以及效率低等，對(duì)于社會(huì)發(fā)展及經(jīng)濟(jì)建設(shè)而言，有著重要價(jià)值和作用。

1? 無(wú)人機(jī)傾斜攝影的實(shí)際應(yīng)用

1.1 基本原理分析

無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)屬于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種，實(shí)際應(yīng)用原理為對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行利用，在此飛行平臺(tái)的應(yīng)用過(guò)程中，開(kāi)展無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集工作，同時(shí)主要采用的負(fù)載為不同類(lèi)型的傳感器，通過(guò)各種傳感器的利用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感圖像信息的獲取。無(wú)人駕駛飛機(jī)，即UAV（Unmanned Aerial Vehicle），包含的構(gòu)成部分主要有無(wú)人機(jī)機(jī)體、數(shù)據(jù)鏈路、飛行控制系統(tǒng)以電源等。其中，飛行控制系統(tǒng)對(duì)于無(wú)人機(jī)的使用來(lái)說(shuō)是不可或缺的重要技術(shù)核心，在很大程度上決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。除此之外，對(duì)于傳統(tǒng)的航空系統(tǒng)而言，無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)是不可缺少的關(guān)鍵性補(bǔ)充部分，此種系統(tǒng)具備很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，比如：在空域方面受到的限制相對(duì)較小，同時(shí)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的靈活性強(qiáng)、速度快以及應(yīng)用成本低等，在此基礎(chǔ)上，可以在小范圍內(nèi)完成高分辨率圖像的獲取。

1.2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用分析

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)屬于新型測(cè)繪技術(shù)的一種，在無(wú)人機(jī)上有很多傳感器的裝載，可以實(shí)現(xiàn)從不同角度進(jìn)行拍攝，如垂直及傾斜等，且保證得到的圖像精度較高。對(duì)于傾斜攝影平臺(tái)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，涉及的范圍十分廣泛，例如：廣告系列的相機(jī)，還有傾斜RCD30天線(xiàn)裝置，再有Pictometry傾斜攝影系統(tǒng)以及思維視覺(jué)SWDC-5傾斜相機(jī)等多種應(yīng)用。

1.3 常用傾斜航攝方式

通常情況下，相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)用較多的傾斜航攝儀為5拼相機(jī)，具體指由5臺(tái)相機(jī)從不同的角度進(jìn)行拍攝，主要有前、后、左、右以及垂直向下。保證每個(gè)曝光點(diǎn)均由以上鏡頭從多個(gè)角度進(jìn)行拍攝得到，針對(duì)同一個(gè)特定的對(duì)象而言，可以從不同的曝光點(diǎn)出發(fā)，開(kāi)展可視化拍攝工作。為了讓后期相關(guān)數(shù)據(jù)信息的處理更加便捷，需要保證平面位置、飛行姿態(tài)以及曝光時(shí)間等數(shù)據(jù)獲取的同時(shí)性，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)與傾斜攝影技術(shù)的深度融合，對(duì)于城市真實(shí)場(chǎng)景三維模型的構(gòu)建來(lái)說(shuō)，是重要的渠道之一[1]。

1.4 傾斜攝影的實(shí)際效果分析

傾斜攝影的具體應(yīng)用與飛行平臺(tái)傾斜相機(jī)沒(méi)有區(qū)別，針對(duì)同一個(gè)點(diǎn)，同時(shí)地形角度一樣，進(jìn)行相應(yīng)的傾斜拍攝，從而讓獲得的信息變得更加豐富。之后從不同的角度出發(fā)，開(kāi)展特性分析工作，讓傳統(tǒng)正交投影模式中特性分析存在的不足得到有效彌補(bǔ)，使得獲取的建筑結(jié)構(gòu)信息更加全面和準(zhǔn)確。在現(xiàn)階段，相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)用最為廣泛的為傾斜攝影實(shí)景三維建模，不僅讓建模的整體效率得到提高，還能對(duì)提升場(chǎng)景建模的精度[2]。

1.5? 傾斜圖像的拍攝范圍

通過(guò)對(duì)傾斜角度拍攝的方式進(jìn)行利用，可以實(shí)現(xiàn)傾斜圖像的獲取。以國(guó)內(nèi)發(fā)展及應(yīng)用相對(duì)成熟的DM-150空中平臺(tái)為例進(jìn)行說(shuō)明，無(wú)人機(jī)對(duì)場(chǎng)地不存在過(guò)高要求，主要采用滑行以及彈射起飛方式，同時(shí)能夠?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間以及高空的作業(yè)環(huán)境提供支持，海拔范圍可達(dá)300～6 000 m。并且配置的天線(xiàn)裝置為dm5-3600，此種航攝儀主要構(gòu)成為5臺(tái)sony7R相機(jī)，同時(shí)傾斜相機(jī)與下視的實(shí)際夾角為38°。

1.6 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)

采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，具備很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和技術(shù)特點(diǎn)。首先，需要投入的成本較低，并且具備較高的機(jī)動(dòng)性，同時(shí)作業(yè)效率高;其次，可以讓正交投影縱向分析存在的問(wèn)題得到有效處理，開(kāi)展對(duì)象分析工作的過(guò)程中，利用3D模型的高程及坐標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)360°研究，而且可以與二次開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量建筑物高度的目的，為邊坡分析工作提供重要基礎(chǔ)依據(jù);最后，針對(duì)斜向圖像的應(yīng)用而言，不會(huì)涉及龐大的數(shù)據(jù)量，由于其可以支持不同格式的互連，能夠?qū)崿F(xiàn)二次開(kāi)發(fā)和利用[3]。

2? 實(shí)景三維模型生產(chǎn)原理和效果分析

2.1 三維模型構(gòu)建的基本原理

傾斜攝影測(cè)量三維建模技術(shù)的應(yīng)用原理為將獲得的傾斜圖像作為主要數(shù)據(jù)源，通過(guò)集成傾斜成像，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，之后完成相應(yīng)三維環(huán)境的構(gòu)建，讓單個(gè)角度數(shù)據(jù)塊存在的不足之處得到有效彌補(bǔ)，讓紋理變得更加豐富，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)冗余觀測(cè)。三維建模技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用流程為數(shù)據(jù)的預(yù)處理，針對(duì)傾斜圖像進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，之后合理匹配點(diǎn)云密度，最后完成紋理映射以及三維建模。

2.2 三維模型具備的基本特點(diǎn)

三維模型具備很多特點(diǎn)，首先，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地形地貌的真實(shí)反映，突破三維平面地圖的限制，讓對(duì)象結(jié)構(gòu)的描述更加全面，同時(shí)使得3D紋理更加清晰，為用戶(hù)提供從不同角度對(duì)統(tǒng)一對(duì)象進(jìn)行瀏覽的條件[4]。并且紋理的職能提取等功能，再加上計(jì)算機(jī)繪圖算法的實(shí)際應(yīng)用，可以讓三維建模的實(shí)際效率得到提升，從而讓得到的三維模型更加真實(shí)。其次，通過(guò)與傾斜攝影技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)更加真實(shí)地理坐標(biāo)三維模型的構(gòu)建，從多個(gè)方面進(jìn)行測(cè)量，主要包括面積、標(biāo)高、方位角以及線(xiàn)距等，主要應(yīng)用在建筑以及城市規(guī)劃等行業(yè)中。

3? 基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)的實(shí)景三維建模技術(shù)要點(diǎn)分析和掌握

3.1 重視天線(xiàn)及攝像機(jī)標(biāo)定文件的使用

應(yīng)用無(wú)人傾斜攝影以及三維建模技術(shù)過(guò)程中，對(duì)圖像的質(zhì)量有著較高要求。需要保證曝光量的充足，為了讓圖像點(diǎn)位移得到有效降低，同時(shí)使得鏡頭光暈效果得到減弱，并且讓圖像的信噪比得到提高，需要通過(guò)對(duì)天氣條件以及導(dǎo)航高因子的分析和考慮，保證選擇最佳曝光參數(shù)，并加強(qiáng)對(duì)天線(xiàn)應(yīng)用的考慮[5]。如果利用無(wú)人飛行器單反相機(jī)開(kāi)展航空攝影工作，會(huì)出現(xiàn)較大的鏡頭畸變，導(dǎo)致圖像邊緣出現(xiàn)變形，對(duì)三維模型的精度產(chǎn)生不利影響，需要對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定文件進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像畸變的合理校正。

3.2 加強(qiáng)POS數(shù)據(jù)的應(yīng)用和優(yōu)化

雖然無(wú)人機(jī)擁有相對(duì)來(lái)說(shuō)較低的POS精度，但是在開(kāi)展3D重建工作過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)POS數(shù)據(jù)進(jìn)行利用，采用空中三角測(cè)量的方式，使得圖像與軟件之間關(guān)系的相對(duì)位置得到合理明確，之后實(shí)現(xiàn)對(duì)POS數(shù)據(jù)的自動(dòng)優(yōu)化。因?yàn)樵诳杖用苓^(guò)程中，無(wú)人機(jī)POS數(shù)據(jù)具有相對(duì)較差的準(zhǔn)確性，為了避免產(chǎn)生部分地區(qū)空三模型錯(cuò)誤以及圖片部分不凈等問(wèn)題，需要加強(qiáng)錯(cuò)誤區(qū)域周?chē)刂泣c(diǎn)的設(shè)置[6]。

4? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)的利用，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)景三維建模的構(gòu)建，可以讓得到的圖像更加清晰，同時(shí)將整體的地形地貌及坐標(biāo)等信息直觀地呈現(xiàn)在眼前。在城市三維建模過(guò)程中，實(shí)景三維模型具有很高的還原度，同時(shí)擁有相對(duì)較高的作業(yè)效率，可以為城市管理及規(guī)劃建設(shè)等方面提供重要依據(jù)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)擁有廣闊的發(fā)展空間，為實(shí)景三維建模打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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