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基于无人机倾斜摄影技术的三维实景建模
来源:尖兵之翼 | 作者:高博特 | 发布时间: 2023-04-07 | 2712 次浏览 | 分享到:
三维实景模型构建的方式主要有单体建模、三维激光扫描以及倾斜摄影测量等方法……


 1 项目背景 

随着地理信息技术的不断发展,城市由“数字化”逐步向“智慧化”升级转型,传统的二维地图数据已经无法满足当前经济社会的发展,三维实景模型具有更直观的表达,成为城市发展建设的重要基础地理信息数据,是城市测绘的发展方向。

三维实景模型构建的方式主要有单体建模、三维激光扫描以及倾斜摄影测量等方法。倾斜摄影测量技术在构建城市三维实景模型中具有覆盖面广、成本低以及纹理丰富的特点,并且测量精度较高,极大的降低三维建模的成本。

本次任务采用无人机倾斜摄影测量技术对某园区进行影像采集,将思洛普无人机拍摄到的相片导入ContextCapture软件中进行三维模型重建。

 三维模型成果

 2 无人机倾斜摄影测量原理 

无人机倾斜摄影系统由无人机、高精度多角度测量相机、地面站组成。通过地面站可完成无人机航测飞行的航高、飞行速度等飞行参数的设置,同时可实时查看无人机的飞行状态。

无人机倾斜摄影技术是通过在飞行平台上搭载多镜头相机,同时从垂直、倾斜等不同角度采集相片,获取地面物体更为完整准确的信息,其中,垂直地面角度拍摄获取的相片称为正片,镜头朝向与地面成一定夹角拍摄获取的相片称为斜片。

通过多镜头相机多角度采集信息,配合控制点或图像POS信息,图像上每个点都会有三维坐标信息,同时基于图像数据可对任意点线面进行量测,获取厘米级的测量精度并自动生成三维地理信息模型。

 

思洛普地面站

 3 飞行平台与载荷选择 

根据作业测区范围和任务要求,采用思洛普SD600多旋翼无人机挂载S5260五镜头航测相机进行数据获取。

S5260五镜头航测相机,基于思洛普系列无人机倾斜摄影系统,通过实景的数据采集,不仅能够真实地反映地物情况,高精度获取地物多方位纹理信息,还可通过先进的定位、融合、建模等技术,生成实景三维模型。

 

S5260五镜头相机配备5*2600万像素镜头,搭配APS-C画幅传感器,一体式存储卡,更换简单快捷,5*128G内存一体,配独立式读卡器。

 

 

 4 项目流程 

利用倾斜摄影测量进行实景三维模型建立,主要分为以下几个阶段:野外像控点的布置、无人机倾斜影像获取、内业数据的处理以及三维模型的构建。

其中,无人机倾斜影像获取主要包含外业数据采集和内业数据处理。外业数据采集要根据作业区域地貌特征,设计布置相控点和航拍路径规划,具体作业流程如图所示。

 

航飞外业流程

1、项目准备工作 

该工作是城市三维实景模型建模的基础,主要是对研究区域、无人机倾斜摄影资料的收集、整理,包括编写方案、准备航飞以及勘察现场三部分内容,如航拍方案设计、设置航飞高度、研究区情况分析、现场像控点布设等。

2、数据获取和处理 

数据获取和处理包括三方面内容,一是利用无人机进行航飞获取POS数据、原始影像数据。二是对获取的影像数据进行质量检查,确保符合规范要求。三是利用像控点和检查点对数据精度进行检查,为后期三维建模提供数据支持。

3、三维实景建模 

三维实景建模包括四方面内容,一是对数据进行空间三角测量。二是利用软件自动进行三维实景模型建模操作, 主要包括多视角影像密集匹配、三维TIN格网构建以及自动纹理映射等。三是对形成的三维实景模型进行修饰,如区域漏空、变形等,同时利用点位测量信息对模型进行质量检查。四是模型修饰完毕和质量检查合格后,形成城市三维实景模型最终成果。

 三维实景建模

 5 外业数据收集 

根据任务要求和气象环境制定测绘任务,并结合实际情况,确认测绘任务是否满足条件。制定与确认任务的主要工作有:了解测区概况、确定测绘区域、选择相应的相机等。

在测绘区域确定后,作业人员须对无人机航拍区域周边实地勘察,收集有关周围地形、主要设施和道路交通的信息,用于选择无人机的起飞和降落点。

 

任务准备工作

在无人机执行任务前,要从任务目的、周边环境、无人机性能、气候条件等因素,设置航线相关参数,具体包括确定航高、设置重叠度、规划起降点等,从而确定最佳的、具体的飞行航线。

 

规划任务航线

 6  Context Capture 三维建模软件 

本次任务我们采用的是 Context Capture 实景建模软件,它的前身是Smart 3D,可以将实景物体转化成电子模型,对简单的连续的且符合重叠率的图像加以处理,构建纹理丰富的实景模型。将无人机外业收集到的图像数据、POS数据、相机参数、像控点坐标等导入软件中即可进行实景三维模型重建。

Context Capture的三维重建功能,能够实现实景三维模型的全自动计算。软件的三维重建算法会自动匹配每个格网面片的影像纹理,确保各个三维格网模型顶点放置在最佳位置,从而以更少的瑕疵表现更精细的细节和更锐利的边缘,大幅提高几何精度,最终形成三维尺度的密集点云。