傾斜攝影測量的城市真三維模型構建辦法研究

陳赫曦

核工業二四〇研究所 遼寧 沈陽 110000

引言

在過去城市模型建設中，受到技術條件的限制，難以保證模型構建精度，更多的是偽3D城市模型。而傾斜攝影技術的出現，為三維城市模型構建提供了基礎支撐。在慣性導航、GPS技術加持下，讓傾斜攝影測量技術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、融合技術、定位技術構建真三維模型，極大地提升了城市三維建模的質量和效率。

1 傾斜攝影測量技術相關闡述

傾斜攝影測量技術是在傳統航空攝影技術上，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，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，可以更好地分析建筑結構，從中選擇最清晰的照片制作細節紋理，保證城市建模的真實性。相對于傳統影像技術，傾斜攝影測量技術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應用在城市真三維模型構建中，借助成圖規模大、影像批量提取、貼紋理等優勢，可大大降低城市真三維建模成本。

2 城市真三維建模流程

傾斜攝影測量技術在城市鎮三維建模中應用需要借助street factory系統。其主要流程為：

分析數據資料，對數據進行預處理，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聯功能即可完成。

紋理關聯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建中的應用

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被淘汰，而傾斜攝影測量當中瞬時POS系統，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據信息構成模型，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，參照外業控制點得到區域網平差，這樣即可在多個視角下實現三角測量[2]。在整個使用當中，其基礎硬件是傾斜相機，可組合成傳感器模型，可更好的模擬城市結構，優化航拍參數，確保連接點的精準性。傾斜攝影技術具有多影像、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：

結合拍攝區域面積實現區域網劃分，將其分解為多個子區域網空間，匹配連接點進行平差計算，將自動降差點消除，調整人工點位，之后即可建設子區域空間，保證區域建設精度。

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

建設完區域網之后，在區域網中加入外業像控點、檢查點，參照這些點位在影像當中的具體位置，借助裸眼立體環境，確保調整精度。

整體區域網平差計算當中，加入相應的連接點，將其投射到坐標中，把整個區域網規劃到位。

完成上述操作使用空三加密數據，優化高精度影像外方位元素，消除畸變差影像，之后即可應用到氣候建設城市三維模型當中，還可以提取紋理。

3.2 多視角影像密集匹配架構3D TIN模型

street factory系統當中，通過畸變校正得到多時影像、空三優化后得到高精度外方位元素，在立體影像創建當中，通過多基元、多視影像密集匹配技術，通過規格網絡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據，結合點云構建不同層次細節度下的TIN模型。優化三角網可以將三角尺寸調節到和原始影像分辨率相匹配的比例，之后分析連續曲邊變化率，簡化平坦空間三角網絡，減少計算數據量，獲得城市3D TIN模型架構。

3.3 自動紋理關聯

獲取到城市3D TIN模型架構之后，即可進行紋理關聯工作。主要內容包括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，通過模型系統自動衡量得出相應的紋理影像，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[3]。之后借助3D TIN模型，計算得出三角形、像中對應區域幾何關系，紋理影像中獲取三角形面對應紋理區，在3D TIN模型中配準紋理圖像。相對應的三角形面片當中，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 結束語

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