倾斜摄影系统调研报告
时间：2020-09-09 07:32:56 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
倾斜摄影系统调研报告
一、倾斜摄影的定义
倾斜摄影技术是国际遥感与测绘领域近年来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。它突破了传统航测单相机只能从垂直角度拍摄获取正射影像的局限，为用户呈现了符合人眼视觉的真实直观世界。
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。
二、倾斜摄影技术的特点
（1）真实性
倾斜摄影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。
表1 倾斜摄影三维建模与人工建模效率对比
（3）高性价比
倾斜摄影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。
四、主要设备
无人机
相机
江苏鸿鹄无人机应用科技有限公司的HHOP-545-V1.4倾斜相机，其具体参数如下：
传感器参数CCD（传感器）数量5个
CCD开关机5个CCD同时开关机
电气参数相机充电5个相机统一充电
电池续航5个相机连续曝光可持续4
小时
照片读取一个USB接口统一读取5个
相机数据，无需插拔TF卡
相机模式USB接口配合上位机软件进
行配置
丢片处理内置丢片处理功能，在处理
POS数据时不需要繁杂的筛
选照片，POS数据自带各相
机拍照状态（曝光或未曝
光）
相机参数相机倾斜角度45度
POS记录内置GPS能够记录POS地理
信息
曝光方式触发曝光、定时曝光
最小曝光间隔2S
默认焦距10.4mm
像素2020万
存储量64G×5
工作环境工作温度-10℃~60℃
工作湿度95%
防护等级IP45
外观尺寸尺寸250mm×250mm×135mm
总重量≤1.8K G
表2 HHOP-545-V1.4参数
图1 HHOP-545-V1.4倾斜相机
苏州创飞智能科技有限公司的ChuangC-3云台，具体参数如下：总像素 2.1亿
POS 自动记录曝光点信息
CCD数量5个
总重量 3.0KG
物理尺寸450mm*280mm供电方式；统一供电和独立供电。
安全指示无（限于飞行平台）
定位精度1米
CCD开关机无线手动和自动
存储容量64g*5
曝光方式定时曝光和定距曝光
电压检测实时传输使用
数据读取高速SD卡固态硬盘统一存取
表3 ChuangC-3云台参数
供电方式统一供电和独立供电
图2 ChuangC-3云台
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（记录相机曝光瞬间的姿态，三个角元素φ、ω、κ）。
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。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。
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。
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。
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。
七、倾斜摄影测量技术的发展前景
倾斜摄影测量技术以大范围、高精度、高清晰度的方式全面感知复杂场景，系统具备高性能的协同并行处理能力，在新一代城市空间数据基础设施建设中有着巨大的发展潜力。随着我国城市化进程的快速推进，精细化的三维城市模型作为城市规划、建设、管理和信息化的基础数据，得到了日益广泛的应用并逐渐成为城市空间数据框架的重要内容。然而，传统的航空和卫星遥感手段主要针对城市建筑顶部进行模型重建，而对侧面的三维重建一直缺少有效的解决手段。倾斜摄影技术的发展，可以有效的解决这一难题，就爱那个静态的基于立体相对和点特征的传统摄影测量技术推向了一个新的高度，即动态的，基于多视影像和对象特征的实时摄影测量技术。这种以“全要素、全纹理”的方式来表达空间，提供了不需要解析的语义，是物理城市的全息再现，倾斜摄影三维技术是当今三维建模技术的主流，也代表着未来的发展方向。因此，诸如高分辨率DSM，逼真的真正摄影像和精细的三维城市模型等倾斜摄影测量产品需求尤为迫切。发展基于多平台、多传感器的倾斜影像自动化、智能化处理技术，已经成为新一代数字摄影测量研究的核心主体。
