無人機航空攝影數據處理方法探究

王勝春

（西山煤電屯蘭礦地測科， 山西 太原 030206）

引言

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

Agisoft photoscan是俄羅斯Agisoft公司出產的一款三維重建軟件，是根據多視圖幾何三維重建技術，對拍攝的照片進行處理，該軟件處理的工作流程完全是自動化的[4-6]。本文以某個地區為例，使用md4-1000無人機，相機平臺使用單反相機，型號為索尼NEX-7，其中無人機的詳細參數如下表1所示，航拍的影像分辨率為0.3 m，航線設計為800 m，一共分為兩個架次，6條航線進行拍攝，影像重疊率為75%。軟件工作流程主要包括數據加載、數據定向、立體建模、紋理映射等步驟，流程如圖1所示。

表1 MD4-1000無人機規格參數

1 Agisoft photoscan工作流程

1.1 數據準備

無人機在進行作業時，有時候會受到外界因素的影響，拍攝的影像會不清楚，作業完成之后，非常有必要對每張影像進行檢查，把質量不好的影像去除，影像沒有問題之后，要對無人機的POS信息進行檢查，圖2和圖3為無人機拍攝的影像及POS信息。

圖1 Agisoft photoscan處理流程

圖2 無人機影像

圖3 POS信息

1.2 加載數據及數據定向

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

1.3 點云生成

稀疏點云主要是通過相對旋轉矩陣的計算、相對平移向量計算、全局旋轉矩陣的計算、全局平移向量計算、計算三維點云等五部分一起構成。根據五部分計算圖像之間的關系，然后把所有特征點在每幅圖像中進行鏈接形成連接點并通過三角化計算其相應的三維坐標值，最終通過集束調整進行整體優化。密集點云是在稀疏點云的基礎上，通過恢復圖像序列的方位元素基礎上，通過每個像素的匹配關系來得到視圖之間匹配關系的視差圖，然后通過已知的方位元素對匹配的像素進行前方交會。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云，點云的個數分別為35 518，7 942 450。

圖4 數據定向

圖5 稀疏點云和密集點云

1.4 網格生成與紋理映射

密集點云生成之后，通過使用Delaunay方法對得到的離散稠密點云進行剖分，最后來構建三角形網格，網格生成后，再進行紋理映射得到最終的三維模型。圖6分別為網格生成與紋理映射結果。

1.5 成果輸出

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

圖6 網格生成和紋理映射

圖7 DOM和三維模型

2 結語

Agisoft PhotoScan軟件是一款可以通過無人機影像自動化建模的三維軟件，軟件操作界面簡單，處理算法比較先進，精度高且可靠穩定。通過對數據定向、點云生成和網格生成及紋理映射及成果輸出等操作的介紹分析，為后期應用Agisoft PhotoScan軟件進行三維模型重構提供一些操作上的參考意義。