無人機傾斜攝影實景三維建模分析與質量評價

馬昭輝

（北京中色地科測繪有限公司，北京 101300）

MA Zhao-hui

(Beijing CNNC Institute of Surveying and Mapping Co.Ltd.,Beijing101300,China)

1 引言

在無人機傳統傾斜攝影建模系統運行過程中，主要是在工作面中心進行相機的垂直豎立。隨后沿四個方向分別布設一光軸與水平面成45°的相機。上述布設方式，雖然可以獲得多張影像，但是不同角度影像覆蓋度、重疊度較高，額外工作量較多，再加上無人機飛行中傾斜角度控制問題，導致實際運行效益不佳。因此，探究無人機傾斜攝影實景建模新方式具有非常重要的意義。

2 無人機傾斜攝影實景三維建模優勢

基于無人機傾斜攝影實景三維建模的方式，廣泛用于資源管理、三維導航、城市旅游管理、安保警戒等模塊[1]。其不僅可以實現一次飛行獲取同一地物或者特征點三張以上的不同角度高精度影像的覆蓋，而且可以降低工作成本及工作風險。

3 無人機傾斜攝影實景三維建模

3.1 無人機傾斜攝影實景三維建模技術線路

在無人機傾斜攝影實景三維建模前期，技術人員需要依據所需獲取的航攝、像控測量數據情況，進行技術線路的預先設置。整體無人機傾斜攝影實景三維建模技術線路主要包括工作準備、模型構建兩個模塊[2]。其中工作準備主要包括航攝數據下載及預處理、傾斜攝像數據、POS數據、外業像控測量、像控測 量數據等幾個模塊。而模型構建主要是在Smart 3D工作集群構 建的基礎上，進行空中三角測量、密集點云生成、基于點云的TIN模型構建、紋理切片自動映射、場景構建等幾個模塊。

3.2 無人機傾斜攝影實景三維建模方案實踐

首先，在無人機傾斜攝影實景三維建模前期，需要具有一定重疊度的多個視角的POS數據、像控測量成果、影像數據等。此時需要利用多鏡頭傾斜云臺從不同視角相機中提取影像數據。同時為保證數據處理效率，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可進行Smart 3D工作集群構建。即在集群電腦接入同一局域網之后，允許主機電腦中存放影像數據、位置盤與同一局域網中集群電腦共享，并修改主機電腦盤符，同時在同一局域網其他集群電腦中進行M盤映射的構建。此時，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可在M盤中進行Smart 3D Block構建。

其次，為保證無序影像在空間層面可相互對齊，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可以影像空中三角加密為核心，在3DView中沿數據載入——影像特征點提取——同名特征點匹配——影像外方位元素反算——加密結束——空中三角加密后成果導出順序，進行數據可視化操作。需要注意的是，在空中三角加密后成果導出階段，為保證成果信息的有效性，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可將最終結果轉換為XML格式的數據。

再次，在空中三角加密作業結束之后，為保證空中三角加密階段影像匹配精度及空中三角加密成果控制效果，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可以在軟件中預先導入具有像控點投影文件，進行像控點加密[3]。

最后，在像控點加密完成之后，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可根據Smart 3D軟件中建模項目自動劃分的若干個瓦片運行特點，逐步進行密集點云生成、Yin模型構建、紋理自動映射等操作，以獲得完善的無人機傾斜攝影實景三維模型。

在具體工作開展過程中，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可根據空中三角測量運算，提取影像外方位元素。隨后結合多視角影像密集匹配，可得到密度較高的數據點云。同時考慮到數據點云數據量較大，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可將數據分塊后，進行多層細度的Tin模型構建。隨后無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可根據三角網畫面去讀變化，對Tin模型進行簡化。在這個基礎上，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可以紋理影像為依據，將簡化后Tin模型進行配準、貼圖，并進行多細節、多層次的LOD組織結構設置。

4 無人機傾斜攝影實景三維建模質量評價

4.1 項目區概況

在***街區與建筑保護項目中，利用無人機對***街區中央商務區核心區2.85km2區域進行了十字交叉航線法區域傾斜影像采集，并通過傾斜攝像測量技術進行了初始三維建模，同時對區域內多處重點保護建筑進行了三維精細化建模。

4.2 無人機傾斜攝影實景三維建模精度影響因素

基于無人機傾斜攝影實景測量技術生成的初始三維模型具有不同類型的畸變情況：首先，無人機姿態變化、顛簸等操作，會直接導致無人機傾斜攝影影像重疊度、幾何畸變，進而導致無人機傾斜攝影實景三維模型出現凸包、破洞情況[4]。

其次，大氣環境噪聲、不同時段光照變化，均會導致無人機傾斜攝影實景三維模型出現飛面、凸包、紋理不均、破洞情況。

最后，影像主控點落水、影像分辨率不足、影像模糊等問題，均會導致無人機傾斜攝影實景三維模型地物模型邊緣平滑度不足、水面缺失等問題。

4.3 無人機傾斜攝影實景三維建模二次優化

基于上述無人機傾斜攝影實景三維模型建立過程中出現的精度影響因素，初始生產的無人機傾斜攝影實景三維模型并不能滿足實際工程應用需求。因此，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員應在初始模型構建的基礎上，利用幾何修復、細節整理裝飾、紋理修補等措施，對無人機傾斜攝影實景三維模型進行二次優化措施。其中，幾何修復主要針對無人機傾斜攝影實景三維模型破洞、凸包等問題，進行修補、抹平還原。同時篩除飛面碎部，而細節整理裝飾主要是利用替換或者修補措施，進行重要地物、標志物的處理；紋理修補則是通過替換、修補等措施，進行不均勻紋理處理。

除以上方法之外，無人機傾斜攝影實景三維建模技術模型可以結合傳統建模優勢，針對無人機傾斜攝影實景三維模型中待改進地物目標或者區域，進行二次處理。如無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可以利用前期攝影測量空中三角加密成果，根據若干均勻分布于區域內控制點，利用立體測圖技術。經三維模型瓦片分割——數據格式轉換——重點目標及區域提取——破洞修補+凸包整平+細節整理銹蝕+模型替換+水面修復——成果輸出，進行模型輔助編輯優化系統開發應用。無人機傾斜攝影實景三維模型輔助編輯優化系統主要針對具體過程，進行目標模型區域的處理[5]。以凸包變形處理為例，無人機傾斜攝影實景三維建模技術人員可以利用空中三角加密成果，進行空中三角校正影像——自動紋理提取——均勻變色處理——自動紋理貼圖等過程，保證無人機傾斜攝影實景三維模型問題的有效處理。

5 結語

綜上所述，在數字地球、建筑物景觀設計、智慧社區不斷發展的背景下，人們逐漸認識到了建立具有真實紋理的數字城市三維模型的市場價值。基于無人機傾斜攝影實景三維模型具有低成本、高分辨率、低風險、高時效的優良特點。因此，為保證無人機傾斜攝影實景三維模型實際價值的充分發揮，相關人員可在研究無人機傾斜攝影實景三維建模方法的基礎上，對無人機傾斜攝影實景三維模型可以達到的精度水平進行深入探究，明確無人機傾斜攝影實景三維模型質量影響因素，為無人機傾斜攝影實景三維模型的有效應用提供依據。