倾斜摄影调研技术总结20160324.doc

1、倾斜摄影测量调研技术总结一、倾斜摄影的定义倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。这种摄影测量技术称为倾斜摄影测量技术。所获取的影像为倾斜影像。倾斜影像具备以下特点：（1） 反映地物周边真实情况相对于正射影像，倾斜影像能让用户从多个角度观察地物，更加真实的反映地物的实际情况，极大的弥补了基于正射影像应用的不足。（2） 倾斜影像可实现单张影像量测 通过配套软件的应用，可直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用。（3） 建筑

2、物侧面纹理可采集针对各种三维数字城市应用，利用航空摄影大规模成图的特点，加上从倾斜影像批量提取及贴纹理的方式，能够有效的降低城市三维建模成本。（4） 易于网络发布倾斜影像的数据格式可采用成熟的技术快速进行网络发布，实现共享应用。垂直地面角度拍摄获取的影像称为正片，镜头朝向与地面成一定夹角拍摄获取的影像称为斜片。正片与斜片对比图二、倾斜摄影技术的特点（1） 真实性倾斜摄影镇三维数据可写实地反映地物的外观、位置、高度等属性，增强三维数据带来的高沉浸感，弥补了传统人工建模仿真度低的缺陷。（2） 高效率倾斜摄影技术借助无人机等多种飞行载体，可快速采集影像数据，实现全自动化三维建模。1-2 年的中小城市

3、人工建模工作，借助倾斜适应技术只需 3-5 个月时间即可完成。（3） 高性价比倾斜适应数据是带有空间位置信息的可量测影像数据，能同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG 等多种成果，可替代传统航空摄影测量。三、技术原理倾斜摄影的相机配有多个镜头，一般为 3 个或 5 个，同步获取同一地物东南西北及顶部方向的影像。因此同一地物具有多视角的影像，及详尽的侧面信息，而后将这些影像通过区域网联合平差、多视影像匹配、DSM 生成、真正射纠正、三维建模等流程，形成最终产品。航摄飞行及各视角相片示意图整体流程图如下：倾斜摄影技术流程图四、主要设备无人机目前倾斜摄影在使用上的趋势还是以无人机居多，下图为此次倾

4、斜摄影巡展的红鹏无人机。红鹏无人机示意图相机世界上公认较早的倾斜摄影相机是 2000 年徕卡公司推出的 ADS40 三线阵数码相机。此外比较有名的是美国 Pictometry 公司和天宝公司的多角度相机。此次参展的红鹏相机红鹏倾斜相机示意图北京总公司有自主研发的倾斜摄影相机 TOPDC-5 和 TOPDC-5U，参数如下：TOPDC-5 技术参数 技术指标光学镜头 Schneider 高消色差数字成像镜头焦距（垂直/倾斜） 47mm传感器类型 CCD色深 16 bit像幅尺寸（垂直/倾斜） 9288 6000 /7360 5562传感器尺寸（垂直/倾斜） 55.7mm 36.0mm /44.2

5、mm 33.4mm像元物理尺寸 6 m相机倾角（倾斜） 45垂直相机视场角（航向/旁向） 42 / 62倾斜相机视场角（航向/旁向）23 / 31存储器容量 1.2 TB / 架次最短连续曝光间隔 3.5 s快门类型、曝光时间镜间中心快门、1/2501/500s（四档）最大光圈 F5.6基高比（窄像对/宽像对） 0.3/0.47TOPDC-5U 技术参数 技术指标传感器尺寸（垂直/倾斜） 23.4x15.6mm单像元物理尺寸（垂直/倾斜）3.9m像幅尺寸（垂直/倾斜） 6000x4000最短连续曝光时间 1s曝光时间（快门速度） 30-1/4000相机倾斜角度 45 相机视场角度（航向/旁向）

6、 52 /72 最大光圈 F5.6感光度（ISO） 自动 ISO100-16000焦距（垂直/倾斜） 16mm重量 1.8kg自主研发的 TOPDC-5 相机五、技术规范目前没有明确针对倾斜摄影的国家技术标准。行业内一般认为遵循传统航摄的相关技术规范。像片的获取满足相关航空摄影标准，数据处理满足空三、DOM、DEM、DLG 等产品生产标准。在北京总公司的试验和生产实践中得出如下经验：影像重叠度（航向、旁向）均在 60%至 80%，最小不小于 53%（能够保证下视影像进行空三即可） ；对旋片角可放宽要求，应放宽至 35或抽片后达到常规航摄规范要求即可。六、倾斜摄影测量总体流程数据的获取倾斜摄影技

7、术不仅在摄影方式上区别于传统的垂直航空摄影，其后期数据处理及成果也大不相同。倾斜摄影技术的主要目的是获取地物多个方位（尤其是侧面）的信息并可供用户多角度浏览，实时量测，三维浏览等获取多方面的信息。倾斜摄影数据的获取是通过不同种类的飞行器，搭载不同型号的倾斜相机来进行采集从而实现覆盖高、中、低空的，满足不同面积、比例尺和分辨率需求的影像采集。数据的获取系统主要分为三大部分：（1） 飞行平台，小型飞机或者无人机；（2） 机组成员和专业航飞人员或者地面指挥人员（无人机）；（3） 第三部分为仪器部分，传感器（多头相机、GPS 定位装置获取曝光瞬间的三个线元素 x，y，z）和姿态定位系统（记录相机曝光瞬

8、间的姿态，三个角元素 、）。倾斜摄影的航线设计采用 TOPPlan 等专用航线设计软件进行设计，保证其相对航高、地面分辨率及物理像元尺寸满足三角比例关系。TOPPlan 航线设计示意图最后通过实施飞行获取多视影像。数据的处理（1）空三加密及真正射影像获取多视影像后，需要对其进行匀光匀色、几何校正、空三加密、DSM 生成、真正射影像生产等处理。目前的主流软件还是用国外的街景工厂（Street Factory）等来处理。（2）三维建模倾斜摄影获取的倾斜影像经过影像加工处理，通过专用测绘软件可以生产倾斜摄影模型，模型有两种成果数据：一种是单体对象化的模型，一种是非单体化的模型数据。处理流程如下：三维

9、建模流程图单体化和非单体化三维模型示意图单体化的模型成果数据，利用倾斜影像的丰富可视细节，结合现有的三维线框模型（或者其他方式生产的白模型），通过纹理映射，生产三维模型，这种工艺流程生产的模型数据是对象化的模型，单独的建筑物可以删除、修改及替换，其纹理也可以修改，尤其是建筑物底商这种时常变动的信息，这种模型就能体现出它的优势，国内比较有代表性的公司如天际航、东方道迩等均可以生产该类型的模型，并形成了自己独特的工艺流程。非单体化的模型成果数据，后面简称倾斜模型，这种模型采用全自动化的生产方式，模型生产周期短、成本低，获得倾斜影像后，经过匀光匀色等步骤，通过专业的自动化建模软件生产三维模型，这种工

10、艺流程一般会经过多视角影像的几何校正、联合平差等处理流程，可运算生成基于影像的超高密度点云，点云构建 TIN 模型，并以此生成基于影像纹理的高分辨率倾斜摄影三维模型，因此也具备倾斜影像的测绘级精度。影像提取的中间数据（点云）效果图，如图所示：点云构 TIN 示意图这种全自动化的生产方式大大减少了建模的成本，模型的生产效率大幅提高，大量的自动化模型涌现出来，目前国内比较有代表性的技术有上海埃弗艾代理的（Smart3DCapure）、华正及 AirBus 代理的（街景工厂）、PhotoMesh 等。Smart3DCapure 软件基于图形运算单元 GPU 的快速三维场景运算软件，可运算生成基于真实

11、影像的超高密度点云，它能无需人工干预地从简单连续影像中生成逼真的三维场景模型，国内使用该软件的公司单位有（广州红鹏、上海航遥、四维数创、河北测绘院、四川测绘院、湖南第二测绘院等）。像素工厂通过对获得的倾斜影像进行几何处理、多视匹配、三角网构建，提取典型地物的纹理特征，并对该纹理进行可视化处理，最终得到三维模型；国外代表性的有苹果公司收购 C3 公司采用的自动建模技术，美国 Pictometry 公司的 Pictometry 倾斜影像处理软件提供了 EFS（Electronic Field Study）。无论是单体化的还是非单体化的倾斜摄影模型，在如今的 GIS 应用领域都发挥了巨大的作用，真实

12、的空间地理基础数据为 GIS 行业提供了更为广阔的应用基石。（3）大比例尺测图国内外已有较多软件可以针对倾斜摄影测量进行测图级精度的作业。如此次参展的武汉天际航公司开发的 DP-Modeler。它既可通过直接对原始影像交互式重建，亦可对 Mesh 模型（街景工厂、Smart3D 成果）进行精加工，输出精细化的三维数字城市产品。通过集成超低空倾斜摄影或手持相机近景拍摄，配合全站仪实测少量控制点，可达到厘米级精度矢量测图，答复降低外业工作强度。DP-Moderler 测图界面数据的应用在智慧三维城市建设中，优于三维实景更能直观的展现界面真实环境信息，故倾斜摄影三维数据可为智慧城市、规划、国土、测绘、军事、灾害应急、农业、林业、水利、旅游、电力、油田等多种行业提供二三维一体化的数据来源，通过 GIS 平台软件对其进行深度应用开发，为各类行业用户提供完整、系统的解决方案与服务。例如，此次参展的超图公司带来的 SuperMap GIS 8c，侧重于强大的 GIS 分析功能；新兴华安提供的智慧管网综合解决方案；世纪安图提供的不动产统一登记解决方案等等。SuperMap GIS 7c 分析功能示意图