摘要：传统的三维建模和低空摄影测量技术已经远远不能满足当下快速精细建模的要求。传统三维建模主要依靠二维的平面矢量图、正射影像图等数据为底图建立白膜，通过将高程数据和拍摄的纹理数据贴在白膜上来构建。由于传统的建模方法效率低，劳动强度大、生产成本高等缺点，将逐渐被淘汰。传统低空摄影测量技术，广泛应用在大面积区域调查、安全监测、灾害应急、环境保护等诸多领域。鉴于此，本文就基于倾斜摄影测量的三维建模展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：Smart3D；三维模型；数据质量
1、倾斜摄影测量技术概况及其应用现状
倾斜摄影测量技术是指通过在同一个机载平台上搭载多个传感器，同时从垂直和倾斜5个观测角度采集影像，因此，在获取垂直影像的同时，还能获得地表地物各个侧面的纹理信息，为数字三维模型的构建带来了更丰富的纹理、轮廓信息。近年来，随着我国数字城市建设进程的进一步加快，人们对三维城市建设的规模、纹理及轮廓的精度、视觉效果等需求不断提高，倾斜摄影测量技术也将逐步替代传统单一的正视摄影测量，大大推进数字城市信息化进程。我国倾斜摄影测量技术发展比较晚，而倾斜数字航摄机是倾斜摄影测量技术的关键。
目前国内倾斜摄影测量系统构建较为成功的有北京四维远见公司的SWDC－5数字航空倾斜摄影仪、中测新图自主研发的TOPDC－5倾斜数字航摄系统、上海航遥信息技术有限公司与中科院联合研制打AMC580多视角航空摄影系统等，这些倾斜数字摄影系统的成功研制填补了我国在倾斜摄影测量这一领域的技术空白，同时也为三维数字城市模型的构建提供了坚实的基础设施保障。典型的倾斜航摄相机可以获得垂直影像，以及左视、右视、前视、后视等4个方向的地物侧面影像，在获得地物顶部及侧面影像的同时，还可以获得高分辨率的地物表面纹理、轮廓信息，可用于地表地物的可视化和影像解译。倾斜摄影测量技术的实现，为三维数字城市模型的构建提供了一种更为精细、方便的途径，是构建三维数字城市模型至关重要的环节。
2、倾斜摄影测量中的关键技术
2.1 多视影像密集匹配和空三解算
由于倾斜摄影测量获取的影像是范围广而且多视角的，各个航带间的影像视场差别较大，倾斜立体影像间往往存在较大的几何畸变，增加了影像匹配的难度。多视影像的密集匹配就是寻找连接点构网的过程，同时消除多视影像数据中的冗余信息。影像匹配的算法分三类:灰度匹配、特征匹配和关系匹配，匹配的共性就是在影像上按照匹配策略需找同名点。基于SIFT算法为代表的特征匹配，匹配的误差较多、耗时较长。在倾斜摄影测量中导入处理影像数据，同时添加POS数据可以辅助多视影像的匹配，依据POS数据可以粗略得到原始影像的外方位元素，进行相关算法的粗匹配剔除一些误匹配点，进而再重新精确匹配。空三解算的就是影像间精确几个拓扑关系重建的过程。根据地面布设的像控点，并以共线方程为基础，进行光束法区域网平差。
2.2 LeicaRCD30倾斜航空摄影硬件设备核心和关键是获取影像信息的专门的倾斜航空相机
目前，LeicaRCD30是国际上主流的倾斜航空摄影系统之一。LeicaRCD30Oblique航空相机系统高度集成了相机镜头、控制系统、可插拔SSD硬盘和定位定向系统IPAS20，同时高频获取速度保证了RGB和NIR影像的同步获取。不仅配备了完整的数据后处理软件，能高效完成最终产品提交，还配备有50mm，80mm二种可更换镜头，每个镜头都经过严格检校，以保证获取数据的精度。另外，可以选择徕卡惯性定位及定向系统IPAS20和陀螺稳定座架PAV80/100实现直接定位定向，提高数据精度。徕卡RCD30航空相机可用于小、中面积的各种比例尺航空摄影测量项目等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆LeicaRCD30Oblique航空相机的像素为8千万，可以选择RGB或RGBN两种镜头，镜头倾斜角度为35度，并且下视的垂直影像和倾斜影像均有重叠。
2.3 数字多视影像建模与纠正技术
从多视影视密集匹配技术来获得高精度影视建模数据，为构建三维建模提供数据基础。不过，由于倾斜摄影测量技术在不同视角存在摄影尺度的变化，加之部分遮挡、阴影等问题，可能带来倾斜摄影测量数据中的盲点难题。为此，利用自动空三解算出的各影像方位数据，可以从影像匹配单元来进行逐级密集匹配，以获得高精度DSM数据流，再进行滤波处理获得统一的DSM数据集。同时，针对多视影像数据涉及数字高程建模和大量离散数据粒度差异问题，可以根据物方连续地形、离散地物几何特征来进行物方轮廓提取、拟合，特别是从影像分割、边缘提取、纹理聚类处理上来实现同名点物方与像方的对应。
3、对三维建筑顶面纹理的采集和应用
3.1 获取三维建筑物的纹理
首先要对建筑物标注，按照一定的编号顺序进行，对于以后的查询和建库有很大的便利。紧接着就是对外业纹理的采集，冬季和早春植物遮挡性不强，有利于建筑物纹理的采集，还要注意避免潮湿、阴雨天气、晴天等对摄影带来的影响，选择固定时间摄影，减少摄影的失真。另外就是内业纹理的采集和编辑工作，可以通过Photoshop进行纹理的编辑，转换格式，调整纹理的色调和高度在合适的范围内。这个过程中要在注意每个侧面的建筑纹理之间存在着不同的差别，要进行区分。
3.2 微机数字摄影
测量工作站这是一种半自动的形式，可以对数字真正射影响、数字线划图、歌不同比例尺的数字高程等进行处理，使产品控制在微机数字摄影测量工作站中。
3.3 DOM的制作和镶嵌
通过影像的重采样以及微分纠正，进行纠正数字微分处理并生成单模型DOM。先对相邻各个片进行检查，对于出现彩色偏差和色调的使用相应的图像处理软件及时的调整，使色彩和色调趋于相同。镶嵌的过程中根据同一图幅中不同分辨影像中的最高分辨率进行镶嵌。镶嵌之后对产生的DOM进行检查，及时修补影像遗漏和模糊的部分。人工进行处理，防止出现不一致投影下的影像变形和扭曲。
结束语
面对倾斜摄影测量技术快速生成的大场景三维模型，仍需要进一步对模型开发和利用，模型单体化和数据的融合是倾斜摄影测量面临的亟待解决的问题。目前实现所谓的“单体化”，只是在利用外包围合将模型特定部分进行高亮显示而已，并没有真正意义上实现三维模型各要素的自动分层、分割和提取。实现将矢量的二维数据和三维模型数据相融合以及真正意义上的模型单体化，三维模型数据的分析、查询、编辑也将成为现实。
参考文献：
[1]赵林.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模研究[J].山西建筑，2017，43(21):197-199.
[2]赵之星.用于三维建模的无人机倾斜摄影飞行参数优化研究[D].西安科技大学，2017.
[3]张建新.倾斜摄影测量在三维建模中的应用探究[J].世界有色金属，2017(05):147+149.
[4]刘建军.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].住宅与房地产，2017(09):224.
[5]江明明.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].测绘与空间地理信息，2017，40(03):189-190.
论文作者:覃攀
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/11
标签：影像论文; 测量论文; 纹理论文; 建模论文; 数字论文; 数据论文; 模型论文; 《基层建设》2018年第20期论文;