无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究

无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究

王家盛

中铁十二局集团第二工程有限公司山西太原030032

摘要：无人机倾斜摄影是目前较为创新，并得到普遍应用的一种测绘及信息收集手段，因其机动性、时效性、简便性和高质量的信息收集，得到了普遍的应用和关注。鉴于此，文章重点就无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模进行研究分析，以供参考和借鉴。

关键字：无人机；倾斜摄影测量；影像处理；三维建模

引言

倾斜摄影测量技术属于新型技术，因其独有的优势而备受相关行业喜爱，在三维建模、工程测量方面的应用效果最为显著，且以目前的情况来看，该技术的应用前景一片良好。无人机倾斜摄影测量技术的应用可以打破以往航测遥感影像拍摄方面的限制，其支持多台传感器从不同角度进行数据采集，且采集速度有很大的提升，数据的真实性、有效性以及实时性均有所保障，充分满足人们对三维信息的需求。三维建模的实现也使得二维地理信息体系得到了优化，而当下如何更好地将无人机倾斜摄影测量影响处理应用到三维建模中也成为了亟待解决的问题。

1无人机数字影像匹配

1.1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，即点特征、线特征和面特征，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，所以很多项目中也更加重视此方面。

1.2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，高耸的建筑物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以下几种，即影像金字塔和SIFT算法。

2无人机倾斜摄影测量影像处理

2.1工程概况

某县级公路在发生三次大规模滑坡后，当地调查人员对其采取了勘察，重点对第三次滑坡进行勘察，获得的平面图如图1所示。在完成公路边坡加固后，利用多旋翼无人机对其进行摄影测量。

图1边坡加固方案平面图

2.2多旋翼无人机低空摄影

本次研究所使用的多旋翼无人机承载量为5kg，相机像素为1200万，具备GPS导航功能，同时可设置飞行路线，便于工作人员操控和低空摄影测量。此次的公路边坡加固工程完成后，进行了多旋翼无人机的航空摄影测量工作。经过反复试验，选定的飞行路线大体与坡面平行。此飞行路线不同于《低空数字航空摄影规范》（CH/Z3005-2010）中要求的路线，例如相对于坡脚的实际飞行高度不超过100m，而边坡的最大高差超过70m，因此实际飞行高度远低于规范的要求。为了确认关键部位的情况，从不同角度和高度对同一部位进行多次拍摄，导致飞行路线出现交叉。摄影过程中通过GPS记录每张照片的拍摄位置，但无法记录影像旋偏角。此次测量共获取照片125张，在影像处理时所有照片全部可用。

2.3影像处理

目前影像处理软件众多，本研究采用商业软件Pix4D，它可以自动完成空三、生成DOM和DSM等工作。处理的照片越多计算量越大，且耗时越多。在本研究中采用的计算机为个人用台式计算机，刺控制点的工作完成后，计算机共用两个小时，得到的DOM如图2所示。

图2公路边坡DOM

3无人机倾斜摄影测量影像处理在城市三维建模中的应用

3.1三维建模的建模方法

在无人机倾斜摄影测量技术未得到广泛应用之前，我国城市三维建模技术主要有如下几种：一是基于CAD的建模技术；二是激光扫描建模技术；三是基于摄影测量的城市三维建模技术；四是移动测量技术五是照片建模技术；六是三维组件式自动建模技术。以上技术在此方面均曾发挥过很好的作用，但部分方式因为技术不成熟而导致在应用中的效果难以达到预期。因此，为了能够满足应用要求，会对两种或两种以上的方法进行结合应用，起到取长补短、优化整体效果的作用。

3.2基于CAD的建模与航空数字摄影测量技术建模

CAD建模需要借助CAD软件来完成，在CAD中可以直接创建并编辑测区的基本几何形状，并对地物特征进行充分体现，可以正确进行测区规划工作，避免了因信息失误而带来的麻烦。在该软件的应用下，利用CAD中的数据能够直接建立出测区的三维模型，也就是实体模型，该种方式虽然应用效果较佳，但鉴于在建模时会产生极大的数据，数据处理成为了此方面的短板，往往会需要投入很多人力物力。

3.3基于倾斜摄影测量技术的3D建模

该手段在我国已经存在多年，经过多年发展后已经发生了诸多变化，除了技术更加成熟外，航空影像自动翻译系统的研究方向也发生了变化，原本是单片阴影，而如今逐渐转换为多片立体方面，今后的发展趋势如下：第一，鉴于数据形式越来越丰富，今后需要将其与多值信息进行融合；第二，处理效果难以达到预期，需要对处理方式进行升级，并积极引进先进的技术和设备；第三，在建模时应充分考虑到各个方面，使三维建模能够呈现出多样化。

结束语

综上所述，随着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，但也不可否认的是在实际应用中依然会暴露出些许问题，所以相关机构和人员应加强此方面研究。

参考文献：

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[4]陈昕.无人机倾斜摄影测量在建筑规划竣工测绘中的应用[J].城市勘测，2017（01）：82-85+90.