傾斜攝影調(diào)研技術(shù)總結(jié)20160324

傾斜攝影測量調(diào)研技術(shù)總結(jié)一、傾斜攝影的定義傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。這種攝影測量技術(shù)稱為傾斜攝影測量技術(shù)。所獲取的影像為傾斜影像。傾斜影像具備以下特點(diǎn)：反映地物周邊真實(shí)情況相對于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察地物，更加真實(shí)的反映地物的實(shí)際情況，極大的彌補(bǔ)了基于正射影像應(yīng)用的不足。傾斜影像可實(shí)現(xiàn)單張影像量測

通過配套軟件的應(yīng)用，可直接基于成果影像進(jìn)行包括高度、長度、面積、角度、坡度等的量測，擴(kuò)展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。建筑物側(cè)面紋理可采集針對各種三維數(shù)字城市應(yīng)用，利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，加上從傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效的降低城市三維建模成本。易于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布傾斜影像的數(shù)據(jù)格式可采用成熟的技術(shù)快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)共享應(yīng)用。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正片，鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝獲取的影像稱為斜片。正片與斜片對比圖世界上公認(rèn)較早的傾斜攝影相機(jī)是2000年徠卡公司推出的ADS40三線陣數(shù)碼相機(jī)。此外比較有名的是美國Pictometry公司和天寶公司的多角度相機(jī)。此次參展的紅鵬相機(jī)紅鵬傾斜相機(jī)示意圖北京總公司有自主研發(fā)的傾斜攝影相機(jī)TOPDC-5和TOPDC-5U，參數(shù)如下：TOPDC-5技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)光學(xué)鏡頭Schneider高消色差數(shù)字成像鏡頭焦距（垂直/傾斜）47mm傳感器類型CCD色深16bit像幅尺寸（垂直/傾斜）9288×6000/7360×5562傳感器尺寸（垂直/傾斜）55.7mm×36.0mm/44.2mm×33.4mm像元物理尺寸6μm相機(jī)傾角（傾斜）45°垂直相機(jī)視場角（航向/旁向）42°/62°傾斜相機(jī)視場角（航向/旁向）23°/31°存儲器容量1.2TB/架次最短連續(xù)曝光間隔3.5s快門類型、曝光時間鏡間中心快門、1/250～1/500s（四檔）最大光圈F5.6基高比（窄像對/寬像對）0.3/0.47TOPDC-5U技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)傳感器尺寸（垂直/傾斜）23.4x15.6mm單像元物理尺寸（垂直/傾斜）3.9μm像幅尺寸（垂直/傾斜）6000x4000最短連續(xù)曝光時間1s曝光時間（快門速度）30-1/4000相機(jī)傾斜角度45o相機(jī)視場角度（航向/旁向）52o/72o最大光圈F5.6感光度（ISO）自動ISO100-16000焦距（垂直/傾斜）16mm重量1.8kg自主研發(fā)的TOPDC-5相機(jī)五、技術(shù)規(guī)范目前沒有明確針對傾斜攝影的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)內(nèi)一般認(rèn)為遵循傳統(tǒng)航攝的相關(guān)技術(shù)規(guī)范。像片的獲取滿足相關(guān)航空攝影標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)處理滿足空三、DOM、DEM、DLG等產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。在北京總公司的試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中得出如下經(jīng)驗(yàn)：影像重疊度（航向、旁向）均在60%至80%，最小不小于53%（能夠保證下視影像進(jìn)行空三即可）；對旋片角可放寬要求，應(yīng)放寬至35°或抽片后達(dá)到常規(guī)航攝規(guī)范要求即可。六、傾斜攝影測量總體流程數(shù)據(jù)的獲取傾斜攝影技術(shù)不僅在攝影方式上區(qū)別于傳統(tǒng)的垂直航空攝影，其后期數(shù)據(jù)處理及成果也大不相同。傾斜攝影技術(shù)的主要目的是獲取地物多個方位（尤其是側(cè)面）的信息并可供用戶多角度瀏覽，實(shí)時量測，三維瀏覽等獲取多方面的信息。傾斜攝影數(shù)據(jù)的獲取是通過不同種類的飛行器，搭載不同型號的傾斜相機(jī)來進(jìn)行采集從而實(shí)現(xiàn)覆蓋高、中、低空的，滿足不同面積、比例尺和分辨率需求的影像采集。數(shù)據(jù)的獲取系統(tǒng)主要分為三大部分：飛行平臺，小型飛機(jī)或者無人機(jī)；機(jī)組成員和專業(yè)航飛人員或者地面指揮人員（無人機(jī)）；第三部分為儀器部分，傳感器（多頭相機(jī)、GPS定位裝置獲取曝光瞬間的三個線元素x，y，z）和姿態(tài)定位系統(tǒng)（記錄相機(jī)曝光瞬間的姿態(tài)，三個角元素φ、ω、κ）。傾斜攝影的航線設(shè)計(jì)采用TOPPlan等專用航線設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證其相對航高、地面分辨率及物理像元尺寸滿足三角比例關(guān)系。TOPPlan航線設(shè)計(jì)示意圖最后通過實(shí)施飛行獲取多視影像。數(shù)據(jù)的處理（1）空三加密及真正射影像獲取多視影像后，需要對其進(jìn)行勻光勻色、幾何校正、空三加密、DSM生成、真正射影像生產(chǎn)等處理。目前的主流軟件還是用國外的街景工廠（StreetFactory）等來處理。（2）三維建模傾斜攝影獲取的傾斜影像經(jīng)過影像加工處理，通過專用測繪軟件可以生產(chǎn)傾斜攝影模型，模型有兩種成果數(shù)據(jù)：一種是單體對象化的模型，一種是非單體化的模型數(shù)據(jù)。處理流程如下：三維建模流程圖單體化和非單體化三維模型示意圖單體化的模型成果數(shù)據(jù)，利用傾斜影像的豐富可視細(xì)節(jié)，結(jié)合現(xiàn)有的三維線框模型（或者其他方式生產(chǎn)的白模型），通過紋理映射，生產(chǎn)三維模型，這種工藝流程生產(chǎn)的模型數(shù)據(jù)是對象化的模型，單獨(dú)的建筑物可以刪除、修改及替換，其紋理也可以修改，尤其是建筑物底商這種時常變動的信息，這種模型就能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢，國內(nèi)比較有代表性的公司如天際航、東方道邇等均可以生產(chǎn)該類型的模型，并形成了自己獨(dú)特的工藝流程。非單體化的模型成果數(shù)據(jù)，后面簡稱傾斜模型，這種模型采用全自動化的生產(chǎn)方式，模型生產(chǎn)周期短、成本低，獲得傾斜影像后，經(jīng)過勻光勻色等步驟，通過專業(yè)的自動化建模軟件生產(chǎn)三維模型，這種工藝流程一般會經(jīng)過多視角影像的幾何校正、聯(lián)合平差等處理流程，可運(yùn)算生成基于影像的超高密度點(diǎn)云，點(diǎn)云構(gòu)建TIN模型，并以此生成基于影像紋理的高分辨率傾斜攝影三維模型，因此也具備傾斜影像的測繪級精度。影像提取的中間數(shù)據(jù)（點(diǎn)云）效果圖，如圖所示：

點(diǎn)云構(gòu)TIN示意圖這種全自動化的生產(chǎn)方式大大減少了建模的成本，模型的生產(chǎn)效率大幅提高，大量的自動化模型涌現(xiàn)出來，目前國內(nèi)比較有代表性的技術(shù)有上海埃弗艾代理的（Smart3DCapure）、華正及AirBus代理的（街景工廠）、PhotoMesh等。Smart3DCapure軟件基于圖形運(yùn)算單元GPU的快速三維場景運(yùn)算軟件，可運(yùn)算生成基于真實(shí)影像的超高密度點(diǎn)云，它能無需人工干預(yù)地從簡單連續(xù)影像中生成逼真的三維場景模型，國內(nèi)使用該軟件的公司單位有（廣州紅鵬、上海航遙、四維數(shù)創(chuàng)、河北測繪院、四川測繪院、湖南第二測繪院等）。像素工廠通過對獲得的傾斜影像進(jìn)行幾何處理、多視匹配、三角網(wǎng)構(gòu)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；國外代表性的有蘋果公司收購C3公司采用的自動建模技術(shù)，美國Pictometry公司的Pictometry傾斜影像處理軟件提供了EFS（ElectronicFieldStudy）。

無論是單體化的還是非單體化的傾斜攝影模型，在如今的GIS應(yīng)用領(lǐng)域都發(fā)揮了巨大的作用，真實(shí)的空間地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為GIS行業(yè)提供了更為廣闊的應(yīng)用基石。（3）大比例尺測圖國內(nèi)外已有較多軟件可以針對傾斜攝影測量進(jìn)行測圖級精度的作業(yè)。如此次參展的武漢天際航公司開發(fā)的DP-Modeler。它既可通過直接對原始影像交互式重建，亦可對Mesh模型（街景工廠、Smart3D成果）進(jìn)行精加工，輸出精細(xì)化的三維數(shù)字城市產(chǎn)品。通過集成超低空傾斜攝影或手持相機(jī)近景拍攝，配合全站儀實(shí)測少量控制點(diǎn)，可達(dá)到厘米級精度矢量測圖，答復(fù)降低外業(yè)工作強(qiáng)度。DP-Moderler測圖界面數(shù)據(jù)的應(yīng)用在智慧三維城市建設(shè)中，優(yōu)于三維實(shí)景更能直觀的展現(xiàn)界面真實(shí)環(huán)境信息，故傾斜攝影三維數(shù)據(jù)可為智慧城市、規(guī)劃、國土、測繪、軍事、災(zāi)害應(yīng)急、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、旅游、電力、油田等多種行業(yè)提供二三維一體化的數(shù)據(jù)來源，通過GIS平臺軟件對其進(jìn)行深度應(yīng)用開發(fā)，為各類行業(yè)用戶提供完整、系統(tǒng)的解決方案與服務(wù)。例如，此次參展的超圖公司帶來的SuperMapGIS8c，側(cè)重于強(qiáng)大的GIS分析功能；新興華安提供的智慧管網(wǎng)綜合解決方案；世紀(jì)安圖提供的不動產(chǎn)統(tǒng)一登記解決方案等等。SuperMapGIS7c分析功能示意圖新興華安不動產(chǎn)統(tǒng)一登記解決方案平臺七、傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展前景傾斜攝影測量技術(shù)以大范圍、高精度、高清晰度的方式全面感知復(fù)雜場景，系統(tǒng)具備高性能的協(xié)同并行處理能力，在新一代城市空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中有著巨大的發(fā)展?jié)摿ΑｋS著我國城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，精細(xì)化的三維城市模型作為城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和信息化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，得到了日益廣泛的應(yīng)用并逐漸成為城市空間數(shù)據(jù)框架的重要內(nèi)容。然而，傳統(tǒng)的航空和衛(wèi)星遙感手段主要針對城市建筑頂部進(jìn)行模型重建，而對側(cè)面的三維重建一直缺少有效的解決手段。傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展，可以有效的解決這一難題，就愛那個靜態(tài)的基于立體相對和點(diǎn)特征的傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)推向了一個新的高度，即動態(tài)的，基于多視影像和對象特征的實(shí)時攝影測量技術(shù)。這種以“全要素、全紋理”的方式來表達(dá)空間，提供了不需要解析的語義，是物理城市的全息再現(xiàn)，傾斜攝影三維技術(shù)是當(dāng)今三維建模技術(shù)的主流，也代表著未來的發(fā)展方向。因此，諸如高分辨率DSM，逼真的真正攝影像和精細(xì)的三維城市模型等傾斜攝影測量產(chǎn)品需求尤為迫切。發(fā)展基于多平臺、多傳感器的傾斜影像自動化、智能化處理技術(shù)，已經(jīng)成為新一代數(shù)字?jǐn)z影測量研究的核心主體。八、2016傾斜攝影巡展部分聯(lián)盟成員簡介北京紅鵬天灰科技有限責(zé)任公司硬件供應(yīng)商，微型無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)北京超圖軟件股份有限公司軟件供應(yīng)商，SupermapGIS，傾斜攝影三維模型應(yīng)用解決方案，側(cè)重與三維模型的瀏覽，管理，GIS分析功能武漢際上導(dǎo)航科技有限公司硬件供應(yīng)商，高精度GNSS無人機(jī)定位系統(tǒng)北京視寶衛(wèi)星圖像有限公司軟件、產(chǎn)品供應(yīng)，海量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)“像素工廠”，高端傾斜立體攝影測量處理系統(tǒng)“街景工廠”北京世紀(jì)安圖數(shù)碼科技發(fā)展有限責(zé)任公司軟件供應(yīng)上，F(xiàn)ME中國總代理，格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)整合北京華泰天宇科技有限公司硬件供應(yīng)商，室內(nèi)外一體化掃描儀，激光點(diǎn)云服務(wù)武漢天際航信息科技股份有限公司軟件供應(yīng)商，傾斜攝影精細(xì)化三維建模系統(tǒng)DP-Modeler，三維建模與大比例尺高精度測圖北京新興華安測繪有限公司軟件平臺供應(yīng)，提供深度定制地理信息服務(wù)，側(cè)重于傾斜攝影應(yīng)用這是一場激動人心的巡展，可以看到各路精英在傾斜攝影這個新興的技術(shù)領(lǐng)域積極探索，奮發(fā)進(jìn)取。有