天水三和数码测绘院有限公司 甘肃天水 741000
摘要：我国正处于城镇化快速发展过程中，城镇化带来的城市人口、城市交通、城市环境等问题日益突出。为了实现城市可持续发展，国家提出了智慧城市的理念。所谓的智慧城市就是利用先进的信息技术，对城市进行智慧管理和运行，促进城市和谐发展。倾斜摄影测量技术结合了GPS、图像处理、摄影测量、GIS等技术，在高速飞行的物体上搭载GPS、倾斜相机等传感器和设备，能够快速、全面、精确、实时地采集空间地理信息倾斜摄影，在国土安全、测绘、城市管理中应用十分广泛。基于此，本文对无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模进行分析。
关键词：倾斜摄影测量技术；智慧城市；三维模型
1无人机倾斜摄影原理
无人机倾斜摄影是摄影机主光轴明显偏离铅垂线或水平方向并按一定倾斜角进行的摄影。倾斜摄影装置安置在旋翼机等小型无人机设备上，其特征包括：多台（一般为5台）高空间分辨率面阵数码相机，以一定角度安装在航空摄影稳定平台上。一般航飞都采用的倾斜摄影装置包括下视相机、前视相机、后视相机、左视相机、右视相机5个相机镜头。下视相机为垂直摄影，前视相机、后视相机、左视相机和右视相机都为倾斜摄影，倾斜角度在15°~45°之间。通过同时从垂直、倾斜等多个不同的角度采集影像，相机之间通过时间同步装置进行成像时间精确对准；通过姿态测量装置获取影像姿态和位置参数；由计算机控制系统，负责对以上部件进行数据采集控制，发送同源触发信号启动多台面阵相机，实现同步数据采集，由数据存储装置负责数据的存储维护，通过后续处理运算，可以生成符合人眼视觉的真实三维直观数据模型。
2无人机倾斜摄影测量技术的特点
根据对无人机倾斜摄影测量技术的研究可以知道，其应用特点较多，具体可以体现在如下几个方面：（1）无人机具有灵活性、飞行高度的特点，且其中包含很多相机组，能够在飞行过程中实现全方位无死角拍摄，充分获取影像数据；（2）相邻影像间航向重叠度和旁向重叠度高影像表达内容十分丰富；（3）其自动化特征较为明显，整个操作过程中鲜少需要进行人工操作，自动化的影像匹配和建模等工作，往往均由计算机独立完成；（4）以往的影像机虽然也可以起到信息收取作用，但鉴于其性能不完善，导致获取角度较为单一，通常只是以顶部纹理为主，而倾斜摄影技术则与其有很大的不同，其不仅可以实现顶部纹理的采集，同时也可以对侧面纹理进行映射，保证了信息的全面性；（5）综合成不低。虽然该技术的应用会耗费一定的成本，但其应用年限较长，且应用效率高，能够大量减少人们的工作压力，也可以减少工作时间，在最短的时间内创造更多的价值。
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3无人机数字影像匹配
3.1影像特征提取
特征提取是计算机视觉和图像处理中的一个概念，具体指使用一台计算机以提取影像中同名点的图像信息，该信息决定影像中的相同特征，也可以理解为将信息进行归类，形成不同子集，这些子集通常是由一个孤立的点、一条连续的曲线、一个连续的区域组成。在进行提取时往往需要有所依据，如灰度的分布详情，通过分析此方面来逐步确定位置和形状，甚至是大小，一般来讲，影像特征灰度、周围影像灰度之间会有较大的不同，具体应如何处理还是要根据实际情况而定。特征的分类主要有如下几种：点特征；线特征；面特征。三者之间看似相互独立，但又彼此密切相关，点特征的提取是基础，因此很多项目中也更加重视此方面。
3.2无人机影像匹配
对于无人机而言，其虽然具有诸多应用优势，但在应用中也会有很多不完善之处，如其体积较小重量轻，且是无人驾驶的状态，这就导致其在飞行时容易受到其他因素影响，尤其是风力，当遭遇大风时无人机往往会偏离航线，或是其中的数码相机位置、姿态也会因风力的影响而发生变化，甚至难以固定住，此种情况若不能够得到及时有效的解决，则会导致拍摄的画面出现重叠，或角度不正确，尤其在城区飞行过程中，高耸的建筑五会在相邻影像中存在变形现象。目前针对此问题的处理方式主要有：（1）影像金字塔；（2）SIFT算法；（3）BRISK算法。
4无人机倾斜摄影测量影像处理在城市三维建模中的应用
三维建模是倾斜摄影测量的关键环节，建模的质量直接影响后期的应用效果。通过无人机倾斜摄影测量后，获取测绘区域的原始影像数据资料。在拍摄过程中，受到光线、拍摄角度的影响，原始影像资料在饱和度、亮度和色相方面存在一定的差异，所以要对其进行统一处理。通过校验场对POS系统进行校验，然后对POS数据解算，利用POS数据、影像数据、地面控制点数据得到每一张航片的精确方位元素。通过垂直影像、倾斜影像数据、三角测量技术，以及影像密集匹配技术，得到基于真实影像高密度点云的实景数字表面模型数据。然后，将统一化处理的影像数据资料以像素级别的分辨率纹理映射到实景数字模型的表面，生成一个初级全要素的城市三维模型图。在这个环节，需要借助一些三维建模软件，常见的有3Dmax、AE、Smart3DCapture等软件。最后通过一些辅助手段对三维模型图进行修改、补漏和细化处理，从而得到一个比较全面、精细的城市三维模型。
无人机倾斜摄影测量在城市测量中使用Smart3DCapture三维建模软件Smart3DCapture是目前最先进的全自动三维建模软件，它通过简单的照片就可以生成高分辨率的真实三维模型，整个过程不需要设计人员进行设计，生成速度非常快，一般需要几十分钟或者几个小时就可以完成数据处理，建立简单、全自动、真实的实景真三维模型，而且这种软件的兼容性非常好，可以输出不同格式，得到一个逼真、实景的三维模型。
结语
综上所述，研究关于无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模方面的内容具有十分重要的意义，其与三维城市建设发展息息相关。如今已经进入了全新的时代，人们对各个方面的要求越来越高，加强城市化建设已经成为了社会发展的主要趋势之一。近年来三维城市项目的数量不断提升，总体建设要求也呈现出多样化，为了可以满足此方面发展要求，我国将无人机倾斜摄影测量技术融入到了三维建模中，并取得了不错的成果，但即使如此也不可否认的是在实际应用中依然会暴露出些许问题，因此相关机构和人员应加强此方面研究。
参考文献：
[1]曹琳.基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析[D].西安科技大学，2016.
[2]刘洋.无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究[D].东华理工大学，2016.
论文作者:李云云
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/24
标签：无人机论文; 影像论文; 测量论文; 建模论文; 相机论文; 特征论文; 城市论文; 《基层建设》2018年第7期论文;