菜鳥(niǎo)都應該知道的傾斜攝影測量知識大全

　　什么是傾斜攝影測量

　　傾斜航空攝影是相對于豎直航空攝影而言的，傳統的航空攝影以獲得正射影像為目的，采用像片傾角小于2-3°的攝影方式，稱(chēng)為豎直航空攝影。這一方式便于后續的正射糾正與立體測圖等處理工作，但是會(huì )失去地物的側立面細節。事實(shí)上，傾斜攝影也可以獲得正射影像，但是傾角過(guò)大時(shí)，正射糾正需要更高的像片重疊度，投影差也會(huì )更大，精度會(huì )下降，采集成本也會(huì )增加。但是，近年來(lái)，多鏡頭航攝儀的發(fā)展很好的克服了精度問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現了對地物頂部和側立面的建模和紋理采集，使得傾斜航空攝影在大范圍三維建模方面表現出了卓越的能力。傾斜攝影可以一次性獲取幾十平方公里的城市建筑物及地形模型，建模速度快，紋理真實(shí)性強，具有非常有沖擊力的視覺(jué)感受。同時(shí)，傾斜航空攝影也能在建模之余，獲得正射影像和數字高程模型。傾斜攝影也不是完美的，由于航攝時(shí)航高的因素接近于地表的細節損失相當嚴重。目前呈現出無(wú)人機低空攝影表現優(yōu)于大飛機高空航攝的趨勢，但無(wú)人機單次采集區域又過(guò)小，而且依然無(wú)法保證地面細節的完美。未來(lái)采用低空傾斜＋地面激光掃描結合可能是建模最優(yōu)方案。

　　所謂“站在巨人的肩膀上”在這篇文章中就很好的體現出來(lái)了，本文的一些圖和一些概念就是借鑒“巨人”發(fā)表的文章中的圖和概念。這還得感謝這些“巨人”把我們領(lǐng)向一條光明大道。我不是攝影測量的專(zhuān)業(yè)人士，GIS圈也只是個(gè)剛入門(mén)的菜鳥(niǎo)。請允許我從一個(gè)菜鳥(niǎo)的角度，來(lái)說(shuō)說(shuō)那些菜鳥(niǎo)入門(mén)級的傾斜攝影測量知識。

　　近些年，傾斜攝影測量在GIS圈掀起了一陣巨浪，有人說(shuō)他顛覆傳統的測繪領(lǐng)域，有人說(shuō)他替代了傳統建模方式。正因為傾斜攝影測量被帶上了這么多光環(huán)，人們開(kāi)始對他有形形色色的猜想，讓它變得越來(lái)越神秘。就讓咱們來(lái)看看傾斜攝影數據的效果圖。

　　我們來(lái)看看傾斜攝影測量，和我們傳統的影像有什么區別？

　　從數據采集的方式來(lái)看，傳統影像是通過(guò)飛機上搭載的航攝儀對地面連續攝取相片，而后經(jīng)過(guò)一系列的內業(yè)處理得到的影像數據，獲取的成果只有地物俯視角度信息，也就是視角垂直于地面。而傾斜攝影測量測試通過(guò)飛機或無(wú)人機搭載5個(gè)相機從前、后、左、右、垂直五個(gè)方向對地物進(jìn)行拍攝，再通過(guò)內業(yè)的幾何校正、平差、多視影像匹配等一系列的處理得到的具有地物全方位信息的數據。簡(jiǎn)單理解就是，影像上地物是在一個(gè)平面的，傾斜攝影測量地物是具有真實(shí)高度的。

　　我們知道了傾斜攝影數據采集的方式，通過(guò)傾斜攝影數據加工的關(guān)鍵技術(shù)，比如多視影像聯(lián)合平差、多視影像關(guān)鍵匹配、數字表面模型生產(chǎn)和真正射影像糾正等，得到地表數據更多的側面信息，加上內業(yè)數據處理，得到數據的三維模型。

　　下面，小伙伴們一起來(lái)揭開(kāi)傾斜攝影測量數據神秘的面紗吧！傾斜攝影測量的數據本質(zhì)上來(lái)看是mesh模型，什么是mesh模型呢？mesh模型就是網(wǎng)格面模型，它是點(diǎn)云通過(guò)一些算法，比如區域增長(cháng)法、八叉樹(shù)算法和波前算法等等構成的。而點(diǎn)云是在同一空間參考系下用來(lái)表示目標空間分布和目標表面特性的海量點(diǎn)集合。內業(yè)軟件基于幾何校正，聯(lián)合平差等處理流程，可計算出基于影像的超高密度點(diǎn)云，如下圖：

　　最后經(jīng)過(guò)紋理映射構建真實(shí)三維模型，如下圖：

　　下面我們說(shuō)說(shuō)傾斜攝影測量常用的處理軟件。目前國內外比較流行的傾斜攝影自動(dòng)建模軟件如下：
　　1）VirtualGeo是一款具備最新技術(shù)的三維地理信息可視化軟件，由全球領(lǐng)先的虛擬現實(shí)和仿真系統產(chǎn)品和服務(wù)提供商法國DIGINEXT公司研發(fā)，為各行業(yè)用戶(hù)提供全面的三維地理信息融合、可視化、分析和行業(yè)應用解決方案。目前，VirtualGeo已在法國、英國、德國、美國、澳大利亞、意大利、日本等40多個(gè)國家和眾多部門(mén)應用，應用領(lǐng)域深入國防、軍事等軍用和城市規劃、環(huán)保、科研、交通規劃等民用各個(gè)行業(yè)。

       2） 法國INFOTERRA公司的像素工廠(chǎng)（Pixel Factory）StreetFactory子系統通過(guò)對獲得的傾斜影像進(jìn)行幾何處理、多視匹配、三角網(wǎng)構建，提取典型地物的紋理特征，并對該紋理進(jìn)行可視化處理，最終得到三維模型。
　　3） 美國蘋(píng)果公司收購C3公司所采用自動(dòng)建模技術(shù)。
　　4） 美國Pictometry公司的Pictometry傾斜影像處理軟件提供了EFSElectronic Field Study。
　　5） 國內有多家企業(yè)及單位對傾斜模型也有比較深入的研究，形成自己獨特的模型工藝流程。

　　目前網(wǎng)絡(luò )上可以方便找到VirtualGeo，是一款具備最新技術(shù)的三維地理信息可視化，軟件了解地址：http://dgxinou.com/Products/virtualgeo21.html

　　可以用傾斜攝影測量的數據做些啥呢？

　　傾斜攝影測量的數據有這么多的好處，比如瀏覽速度快、數據加載快、數據精度高、數據真實(shí)性高、人員成本低、和數據獲取耗時(shí)短等等，但是用過(guò)的人都知道，單體化是傾斜攝影測量應用的一大問(wèn)題，為什么這么說(shuō)呢？咱們的傾斜攝影數據是一個(gè)整體，不像簡(jiǎn)單模型那樣是一個(gè)或者同類(lèi)對象組成的，所以咱們想要傾斜模型像簡(jiǎn)單模型那樣能夠進(jìn)行查詢(xún)、分析和編輯等功能，這就是傾斜模型存在的一個(gè)大問(wèn)題。

　　那么什么叫單體化？我們有必要先了解下這個(gè)概念。簡(jiǎn)單的說(shuō)單體化也就是獲取或者分離一個(gè)場(chǎng)景中的單個(gè)或者一類(lèi)對象。怎樣獲取或者分離呢？不同的人有不同的看法，比如說(shuō)一些人認為應該用切割的方式來(lái)獲取或者分離；而則是用矢量化的方式來(lái)獲取或者分離，這主要是得益于二三維一體化的技術(shù)，將二三維的矢量數據與傾斜攝影測量數據相結合，實(shí)現了數據的單體化，有了這個(gè)法寶，什么查詢(xún)，分析，編輯等等功能的實(shí)現就水到渠成了。我就以這兩種方式來(lái)談?wù)剢误w化問(wèn)題。

　　提倡切割的人認為，單體化單體化，不僅僅是要單體，而且還要實(shí)現分離的效果，最后把同類(lèi)的給分離出來(lái)，完成分離之后給后期基于此數據做查詢(xún)、分析和編輯等功能時(shí)提供方便?，F在我們來(lái)看看切割出來(lái)的效果：

　　上面兩張圖看來(lái)切割的方式展現出來(lái)的效果還蠻不錯的，有條有理的，但是當你拉近到一定程度的時(shí)候效果是這樣的：

　　這樣看來(lái)切割的缺點(diǎn)就不言而喻了，出現的鋸齒狀是用戶(hù)最不愿看到的，而且這也不是傾斜攝影該有的展示效果。這是效果問(wèn)題，那么對于傾斜攝影的話(huà)，我們后續還要進(jìn)行數據處理，切割之后的傾斜攝影要替換人工精細建模的時(shí)候， 如何才能把鋸齒狀邊緣與精細模型的邊緣對接上去，使它們能夠達到無(wú)縫結合？要隱藏某種地物的時(shí)候露出鋸齒狀的空洞，該如何解決？而且這樣切割之后，也拋棄了傾斜攝影數據自帶的LOD的優(yōu)點(diǎn)，導致GIS平臺只能用按照普通模型的方法來(lái)構建LOD。這些都應該是 “切割工程師”需要考慮的。

　　說(shuō)完了切割咱們來(lái)一起來(lái)探討下矢量化的方式，何謂矢量化？矢量化則是用簡(jiǎn)單的面數據，通過(guò)貼附的方式展現在傾斜攝影模型數據上，在保證效果、不破壞原始數據和LOD的同時(shí)，最大的好處還在于它打通了基于三維的傾斜攝影與基于二維的矢量面之間的關(guān)鍵“關(guān)卡”，實(shí)現三維和二維GIS的完美一體化?，F在我就給大家帶來(lái)大神做的矢量化的單體化的效果圖：

　　看到了這樣的效果，小伙伴們是怎樣想的呢？上面咱們介紹了單體化的內容，現在咱們來(lái)說(shuō)說(shuō)矢量化解決了傾斜攝影數據的一個(gè)重大問(wèn)題水面“破洞”現象，“破洞”是由于水面的高反射現象使得相機在獲取水面信息的時(shí)候被“致盲”了，使得那片區域的信息不準確。下面咱們來(lái)看看修補前后的效果圖：

　　彌補的還不止一個(gè)傾斜攝影數據本身的問(wèn)題，比如樹(shù)的還原度不高等問(wèn)題。大家都知道相機是有拍攝盲區，比如立交橋的下面，建筑的屋檐下面，這些被遮擋的地方，而這盲區也是不可避免的，就像人的眼睛不能看到遮擋物后面的區域，這片區域就是我們所謂的盲區 。對于這個(gè)區域目前各個(gè)公司有不同的想法，目前聽(tīng)來(lái)，才疏學(xué)淺的我覺(jué)得，傾斜攝影測量+街景的想法很靠譜，既可以利用現有的資源，同時(shí)還能彌補互相的不足 ，不過(guò)街景數據的覆蓋程度和數據更新的算法也是個(gè)問(wèn)題，那就讓我們拭目以待。下面這幅圖就給大家說(shuō)明了相機盲區和樹(shù)的還原度問(wèn)題。

　　在我看來(lái)，傾斜數據的價(jià)值還需要挖掘，它能提供給我們的價(jià)值遠不止目前看到的，隨之數據精度的不斷提高，采集速度的加快，有可能在未來(lái)的某一天，傾斜攝影測量的數據可能會(huì )成為人們了解現實(shí)環(huán)境的重要手段。

　　但是猶如上文提及到的一系列功能模塊，我們也可以看到傾斜攝影的一些缺陷：比如傾斜攝影相機的盲點(diǎn)區域，比如立交橋下、房屋遮擋處；水面的“破洞”現象；不規則模型的還原度不高，比如說(shuō)樹(shù)等等，造成這些缺陷的主要原因還在于傾斜攝影相機的拍攝技巧、硬件、還原模型的計算方式等因素。在這里我也希望大家一起努力的學(xué)習把傾斜攝影這個(gè)技術(shù)提升到一個(gè)新的高度，也讓我們的數字化城市、數字化地球更加真實(shí)、漂亮、更具觀(guān)賞性。未來(lái)是咱們的！

文章轉載于超圖

作者：翔翔