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  • 论文对倾斜摄影的原理及关键技术进行了探讨,总结了ContextCapture软件的建模流程,以山东青岛某倾斜摄影项目为实例,使用ContextCapture进行三维建模,并对其精度进行分析。【Abstract】 With the rapid ...

    李策

    【摘 要】随着“数字城市”的快速发展,三维建模被广泛地应用于城市建设和城市规划当中,倾斜摄影技术的出现推进了三维建模的快速发展。论文对倾斜摄影的原理及关键技术进行了探讨,总结了ContextCapture软件的建模流程,以山东青岛某倾斜摄影项目为实例,使用ContextCapture进行三维建模,并对其精度进行分析。

    【Abstract】 With the rapid development of "digital city", 3D modeling is widely used in the urban construction and urban planning. The emergence of oblique photography technology promotes the rapid development of 3D modeling. In this paper, the theory and key technology of oblique photography are discussed, and the modeling flow of ContextCapture software is summarized. Taking an oblique photography project in Qingdao, Shandong province as an example, ContextCapture is used for 3D modeling and its precision is analyzed.

    【關键词】倾斜摄影;三维建模;ContextCapture;精度分析

    【Keywords】oblique photography; 3D modeling; ContextCapture; precision analysis

    【中图分类号】P23 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069(2018)07-0195-02

    1 引言

    传统的航空摄影主要获取测区的垂直视角的影像,对于地物的侧面信息却难以获取,倾斜摄影测量技术的出现打破了这一局限,它可以在一个平台上同时搭载多个不同角度的相机对地物进行摄影,可以获取地物丰富的侧面信息[1-2]。ContextCapture软件可以将从不同角度获取的影像进行影像匹配、空三加密并生成高精度的三维模型。三维模型的精度往往是人们最关心的问题,本文将通过实例进行三维建模,并对三维模型的精度进行分析。

    2 倾斜摄影原理

    倾斜摄影是一种从多角度获取地物信息的新型航空摄影技术,在同一平台上搭载多个不同角度的相机对地物进行摄影,可以获取地物丰富的侧面纹理信息,并且可以获取超高分辨率的影像,结合无人机搭载的GPS/IMU系统获取的POS信息以及外业量测的像控点数据,通过相关软件进行处理获取三维模型、数字表面模型和数字正射影像的摄影测量技术。

    3 倾斜摄影测量关键技术

    3.1 多视影像联合平差

    与传统的航空摄影不同,倾斜摄影不仅获取垂直视角的影像,同时还获取了大量侧面视角的影像,以往的同名点自动提取算法只适用于垂直影像。在进行多视影像联合平差时需要考虑到影像的几何变形等问题,将曝光瞬间GPS/IMU系统获取的POS数据作为初始值,采用金字塔由粗到细的匹配方法,对每一级进行同名点提取,结合光束法区域网平差,并将外业量测的像控点数据参与平差,可以获得较好的平差结果。

    3.2 多视影像密集匹配

    影像匹配的准确性直接决定了空三质量,常规航空摄影大多采用基于灰度或基于特征的单基元影像匹配方法。而倾斜影像具有几何变形大、分辨率变化大的特点,导致单基元的匹配方法在匹配过程中往往出现“病态解”,降低了匹配精度。为了解决倾斜影像的匹配问题,一些专家学者提出了多视影像密集匹配算法,通过大量的实验证明多视影像密集匹配可以获取高精度、高密度的点云,较好地解决了倾斜影像的匹配问题。目前最常用的密集匹配方法有带共线条件的多片最小二乘影像匹配方法、基于多基元多影像匹配方法、基于物方面元的多视立体匹配方法。

    3.3 三维建模

    通过多视影像密集匹配获取的高密度点云可以构建三维TIN模型,然后在TIN模型的基础上通过倾斜影像进行自动纹理映射,将对应纹理贴到模型表面,最终完成三维建模。本文选取的三维建模软件为ContextCapture。

    4应用实例

    4.1 测区概况

    测区位于山东青岛某地区,测区覆盖面积约为0.31平方公里。测区大多为居民区,楼房居多。当地坐标系统使用1980西安坐标系,高程系统为1985国家高程基准,当地中央子午线为120°,飞行环境良好。

    4.2 数据获取

    本项目使用六旋翼无人机系统,相对航高为120m,航向、旁向重叠率均为70%,一共飞行10条航带,照片数量为1730张。

    4.3 数据处理

    本项目使用的航空摄影软件为ContextCapture,这是一款专业的倾斜摄影处理软件,可以生产出高精度的三维模型以及数字表面模型。

    ContextCapture可以生成高密度点云,可以根据点云生成不规则的三角网即TIN,生成的白膜,对白膜赋予纹理最终生成的三维模型。

    5 精度分析

    本项目像控点布设采用五点法,在测区四周各布设一个像控点,测区中间布设一个像控点。为了验证三维模型的精度,在测区中间均匀布设了20个特征地物点作为检查点(如斑马线、拐角点等)。像控点和检查点均使用GPS-RTK技术进行量测,并将外业量测的坐标作为真实值。在模型上提取检查点的坐标,并与外业量测的坐标做对比,分别计算平面及高程中误差。

    根据平面点位中误差计算公式可以计算出检查点的平面点位中误差。

    mΔs= (1)

    由公式(1)可以得出,检查点平面中误差为0.109m,其中平面最小误差为0.024m,平面最大误差为0.183。

    各检查点的高程误差统计如表1所示:

    根据高程中误差计算公式可以计算出检查点的高程中误差。

    MΔH=(2)

    由公式(2)可以得出,检查点高程中误差为0.158m,其中最小高程误差为0.021m,最大高程误差为0.433m。

    根据《1:500、1:1000、1:2000地形图航空摄影测量内业规范》(GB/T 7930-2008),平原地区1:500的平面中误差限差为0.3m,1:500的高程中误差限差为0.2m,所以本项目的平面与高程精度均满足1:500比例尺的地形图测图要求。

    6 结语

    本文基于六旋翼无人机倾斜摄影系统获取数据,使用ContextCapture对数据进行处理,生成了测区的三维模型,通过将外业实际量测的检查点坐标与从模型上提取的坐标做对比,并进行精度分析,说明了本项目的平面跟高程坐标均满足1:500比例尺的地形图测图要求,为实际生产地形图提供了理论依据。

    【参考文献】

    【1】孙亮,夏永华.基于无人机倾斜摄影技术测绘大比例尺地形图的可行性研究[J].价值工程,2017,38(5):209-210.

    【2】周杰.基于倾斜摄影测量技术构建实景三维模型的方法研究[J].价值工程,2016,34(1):232-233.

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  • 背景技术::目前成熟的倾斜三维建模软件主要有contextcapture、photomesh,但这些三维建模软件都是基于计算机视觉匹配原理与航测领域基于摄影测量原理(共线方程)明显不同,从而导致其生产的倾斜三维模型的精度分布...

    技术领域:本发明属于测绘技术领域,涉及矿山地形监测、测绘地形图、珍贵建筑物修复重建、林业、农业、采矿业、公用事业和能源、城市开发、国防和灾害应急的地理信息处理。

    背景技术:

    :目前成熟的倾斜三维建模软件主要有contextcapture、photomesh,但这些三维建模软件都是基于计算机视觉匹配原理与航测领域基于摄影测量原理(共线方程)明显不同,从而导致其生产的倾斜三维模型的精度分布不均匀,高程精度很难控制,空三成果精度低,不能利用该模型进行大比例尺地形图测绘,从而导致资源浪费。为了解决生产的倾斜模型的平面和高程精度,提出了一种高精度倾斜摄影建模的方法:将基于摄影测量原理的空三成果引入contextcapture进行倾斜模型生产,从而得到高精度的倾斜摄影三维模型。

    技术实现要素:

    发明目的:一种高精度倾斜摄影建模方法,用来解决传统倾斜三维建模存在模型平面和高程精度低,且误差分布不均匀的问题。通过本方法生产的倾斜三维模型在精度上得到了很大的提升。

    发明详细表述:trimble公司的inpho软件是目前广泛应用的摄影测量软件。inpho中各类模块涵盖了畸变纠正、空三加密、地形建模、正射纠正等功能。其中用于空三加密与平差的match-at模块使用了patb软件的光束法区域网平差模型且其提取的同名点是基于金字塔层级匹配,所以空三精度高,匹配错点率极低,可以满足高质量、高效率的空三加密工作。而且空三加密平差成果可以输出为多种数据格式用于不同平台的立体测图工作。bentley公司的contextcapture软件原名smart3d。该软件是目前使用最广泛的影像自动建模软件,大量用于倾斜摄影的影像处理与自动建模工作中,但其匹配的同名点是基于计算机视觉原理,同名点匹配错点率较高,且精度分布不均匀且坐标精度低。本方法通过采用inpho进行倾斜摄影空三加密提取影像的同名点和精确的外方位,将其空三成果引入contextcapture进行倾斜三维模型的生产,并针对两套软件之间的数据衔接编写了对应的转换程序,从而可以有效利用软件的各自优势,解决倾斜三维提取连接点错点率高精度偏低的问题,并应用实际案例验证了该方法的有效性。

    附图说明:

    图1、利用inpho建立的倾斜摄影工程

    图2、inpho空三sigma0值

    图3、inpho匹配的同名点

    图4、转换成contextcapture可以导入的格式

    图5、引入contextcapture软件

    图6、利用contextcapture软件建模

    具体实施方式:

    1、利用无人机获取倾斜影像

    2、利用inpho软件空三解算

    3、得到空三成果:.prj+.xpf

    4、利用自写空三转换软件,得到.xml

    5、contextcapture引入空三xml文件建模

    6、得到高精度倾斜三维模型。

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  • 无人机倾斜摄影三维展示应该如此简单——Wish3D在H5上的应用 近年来,随着三维技术的发展日趋成熟,倾斜摄影已成为三维地理空间建模中快速成长的重要技术。倾斜模型的一个突出的特点就是数据量庞大,这是因其技术...

    无人机倾斜摄影三维展示应该如此简单
              ——Wish3DH5应用

    近年来,随着三维技术的发展日趋成熟,倾斜摄影已成为三维地理空间建模中快速成长的重要技术。倾斜模型的一个突出的特点就是数据量庞大,这是因其技术机制、高精度、对地表全覆盖的真实影像所决定的。那么,如何承载发布海量的倾斜模型数据、保证流畅的加载浏览并且可以进行相关的应用分析?这是行业用户一直关心的话题。

    行业用户对倾斜摄影的三维应用要求不断提高,更加渴望倾斜三维模型网络发布更加快捷、更加轻便以及诸如模型标注、距离量测、飞行路径等应用功能,包括移动端等高级功能也是应运而生

    接下来,我将通过Wish3D种基于WebGL的产品,也是市场上比较轻便快捷的平台,对倾斜摄影三维模型的发布、浏览及应用功能展开分析。

    一、倾斜数据的网络发布

    由于OSGB是开源的OSG库所自带的二进制格式,直接读取效率高,且格式公开,因此,最适合作为网络发布与三维服务共享的模型传输格式。无人机航拍的数据经过Smart3D建模软件处理之后,得到一个包含诸多tile文件夹的data文件夹。

    1 data文件结构

    首先,在Wish3D官网http://www.wish3d.com/注册登录,上传模型。直接将这个文件夹下的内容压缩成zip文件即可。选择倾斜摄影数据:

    2 数据上传界面

    填写作品信息。顾名思义,公开作品可以被所有用户浏览分享评论,私有作品仅限作者自己浏览或者私密分享:

    3 作品编辑界面

    数据上传完毕后,就可以在线浏览到倾斜摄影三维模型了,右边页面有封面截图、标注、飞行、视角设置和场景设置等一些功能,后面会作介绍。

    4 封面截图界面

    发布的所有作品在我的作品-公开作品中看到:

    5 “我的作品”界面

    大家注意到,为什么我在前面提到Wish3D的平台算是市面上比较轻便快捷的呢?要知道,市面上很多产品平台的确是可以发布倾斜摄影三维数据,不同于Wish3D直接上传数据压缩包直接跳转浏览页面的是,很多不是直接上传数据压缩包,需要先将OSGB数据包转换成一个 *.scp 格式等其他的模型配置文件,这些配置文件记录了倾斜摄影模型文件的相对路径、名称、插入点位置及坐标系信息等内容。接下来再将倾斜摄影模型以三维服务的形式发布到本地或远程服务器上,实现Web网络资源共享。发布了三维服务以后,还要通过修改一些地址和参数便可在WebGL客户端浏览地形数据。老实讲,想要通过这种方式来发布倾斜三维数据,需要一定的专业积累,不是人人都可以看懂步骤并且成功发布的,由于需要先生成配置文件,所以发布模型明显比Wish3D耗时耗力。这也就是我选择Wish3D来发布数据的原因。

    二、倾斜三维模型的浏览

    倾斜摄影三维模型网络发布就是为了浏览模型的每个角落。下面给出Wish3D模型展示页面:

    6 Wish3D模型浏览页面

    以上可以看到,就模型浏览操作方面,Wish3D体现出对细节的照顾,有浏览操作栏(缩放、旋转、调整视角、全屏)、留言栏、分享按钮,感受最明显的是,快速的加载和渲染速度,大家可以亲自操作求证一下。

    三、倾斜三维模型的分析

    量测功能是Wish3D具备的模型分析功能之一,一般的三维平台大多可以量测空间距离,而在地理测绘行业,水平和垂直距离的行业应用显得尤为必要,比如楼间距和日照分析等。目前看来,貌似只有Wish3D可以量出水平距离和垂直距离。这极大方便了测绘行业的用户们。

     

    7 Wish3D量测界面

    除此之外,Wish3D的飞行路径、代码引用、添加标注功能也很有意思。这几个功能对分析三维模型可谓是如虎添翼,针对各个行业背景都很有实用价值。比如说,飞行路径根据设定的路线对模型以上帝视角进行飞行,这对于大型景区、大型展馆都很有应用意义;电商用户将代码引用嵌入到网站中可以全方位展示自己的商品,进一步提高了商品的交易转化率;房地产商或是旅游景点部门将模型场景中的重要标志建筑标记出来,如此一来参观者可以很容易地找到目标建筑群。这些功能具体怎么用,得靠大家自己去网站看帮助文档了。

    这里提一下,Wish3D让人眼前一亮的是移动端APP,目前已经开放了iOS 的iPhone和iPad版本,Android的朋友们还需要等上一段时间。如何能在手机里离线浏览倾斜三维模型呢?大家可参考下这篇帖子。

    http://www.cnblogs.com/sunnyCXX/p/5995508.html

     

    8 飞行路径和代码应用按钮

    9 代码引用界面

      

    10 标注效果图

    总体来说,从发布的简易度、操作的友好度、加载渲染的速度、应用功能的实用性,Wish3D还是一个性价比不错的平台,关键还是免费的,企业或者个人爱好者都可以一试。如今倾斜摄影技术得以发展,三维模型的应用也会随之迅猛往前拓展,越来越多的行业将会涉足进来结合发展,此时,轻便承载倾斜数据,便捷发布三维模型的平台产品是多么的重要,它需要适用于专业不一的用户群体,更方便快捷地可视化倾斜摄影三维模型,更贴合倾斜摄影三维模型在人们在生产生活中的应用需求。

    如果想学习更多无人机倾斜摄影三维建模,可以考虑参加中科图新主办的无人机倾斜摄影三维建模培训

    转载于:https://www.cnblogs.com/Wish3D/p/6023205.html

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  • 一、前言 随着三调工作逐步完结,国家自然资源部开始部署新的地理信息战略任务——实景三维中国建设,中国的地信行业将迎来新的篇章。实景三维中国的实施将带来许多机遇与挑战,智慧城市项目是其中一个绕不开的话题...

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    一、前言

    随着三调工作逐步完结,国家自然资源部开始部署新的地理信息战略任务——实景三维中国建设,中国的地信行业将迎来新的篇章。实景三维中国的实施将带来许多机遇与挑战,智慧城市项目是其中一个绕不开的话题。然而,智慧城市项目的前端数据采集仍然是一个较为棘手的问题,其对精度与模型效果的高要求给航测设备的工作性能带来不小的挑战。

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    如果您有心关注,就会发现市面上许多倾斜相机的焦距值都是25mm/35mm,但这个焦段的相机在完成城市级高楼建模任务时,无法在百米以上的安全航飞高度下,保证最终的模型效果与精度达到要求。虽然分层飞行与环绕飞行可以缓解该问题,但其对项目效率与飞行安全的负面影响却不容忽视。

    二、提高高楼区模型精度的措施

    为什么短焦距相机做智慧城市项目模型精度不好?为了保证作业安全,地物高度的增加导致无人机作业航高的增加,而短焦距相机因为其焦段限制,其在百米以上的高度作业时无法保证地面物体足够的分辨率,后期建立的模型效果和精度当然差强人意。如果采用分层飞行,又无法保证效率和安全性。

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    某25-35mm焦段相机的百米高楼建模效果

    为什么DG4Pros能够完成高精度城市级建模?上文说到,高楼建模痛点之一是航飞高度与模型精度的平衡。DG4Pros的长焦距镜头可保证无人机在高航高下也能保证地面物体分辨率足够,合理的焦距比以及高拍照同步性,可保证高楼模型获得更高的精度。

    01.合理的镜头焦距比

    一般而言,如果航空影像分辨率差异太大,会影响模型最终精度,并大幅度增加空三分层的概率。所以,为了保证倾斜影像中心点和正射影像中心点分辨率尽可能一致,倾斜镜头的焦距要大于正射镜头的焦距。

    DG4Pros正射光学镜头焦距为40mm,倾斜镜头焦距为60mm,倾斜正射焦距比1:1.5,可使前后倾斜影像中心点影像分辨率略大于正射影像中心点分辨率;左右倾斜影像中心点影像分辨率略小于正射影像中心点分辨率。即使无人机飞行姿态轻微扰动,相机也能够尽可能保证五个镜头影像分辨率基本一致,提高空三通过率与模型精度。

    02.高拍照同步性

    相机拍照高同步性是实现高精度三维建模的关键性技术之一。2019年7月,北京地理信息开发者大会上,刘先林院士在做技术分享会时,也着重强调:五个镜头高精度的同步曝光,也有利于空三解算。

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    在航飞作业过程中,五个镜头影像拍摄内容不一致,随着时间积累就会导致倾斜相机的每个镜头不能在同一时间准确响应快门信号,就会产生同步性曝光误差问题,影响空三解算的通过率。

    DG4Pros采用独有的相机同步性控制技术,能够动态反馈和补偿每一个相机,实现五个镜头高精度同步曝光,保证pos数据的精准,使模型保持较高精度。

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    睿铂倾斜相机同步性控制器

    三、提高高楼区模型效果的措施

    智慧城市的建模要求,除了要具备较高的模型精度之外,还要保证较好的模型效果。航片质量、重叠度以及画幅的大小是影响高区楼建模效果的主要因素。

    为什么DG4Pros建立的城市高楼模型效果较好呢?这得益于相机的超低色散非球面ED镜片、创新的平行式布局方式以及全画幅的镜头,保证高层建筑物的良好立面效果。

    01.优异的光学性能

    倾斜相机作为精密光学电子仪器,光学部件直接关系到原始航片采集质量的高低,而原始航片的质量也关系到模型效果的好坏。

    DG4Pros为了控制镜头体积采用了非球面镜片,并且把光学镜头整体畸变控制到了万分之四以内。每组镜头采用一片超低色散ED镜片,以修正、消除彗差型像差及色差现象,大幅度提高空三特征点匹配的鲁棒性,提高模型效果。

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    02.镜头平行式布局

    目前市面上五镜头倾斜摄影相机均采用了围绕式布局,这种布局方式可以通过更紧凑的布局,减小相机整体体积和重量。

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    但是这种布局方式会造成影像的旁向实际重叠度低于理论旁向重叠度,导致模型的旁向效果较差。为了解决该问题,DG4Pros创新地采用了平行式布局,这种布局方式能够保证相同的航向、旁向重叠度和旁向视角高度。为了进一步增加旁向视角,减少“屋檐效应”的拉花,DG4Pros将镜头左右倾斜角度从45°提高50°,实现更好的旁向建模效果。

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    03.全画幅镜头

    更大的画幅可以带来更好的宽容度和高感,全画幅的镜头可以以较高的航高轻易地获取物体纹理特征细节;在高密度的高楼中飞行时,能够获取建筑物更多的角度;在内业进行模型拼接时,可以获取更多高楼的立面信息,实现更好的建模效果。

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    四、结语

    随着实景三维中国项目的开展,智慧城市项目也必然迎来井喷。由于短焦距相机的焦段限制,注定其在百米级别智慧城市项目中应对乏力,但盲目拉长焦距又会影响效果和效率。

    经过长时间的实验与研发,睿铂DG4Pros相机在航高和模型精度与效果之间取得平衡,并且在相机研发过程中就融合了多次实地测试,经过反复的修正,DG4Pros已经成为睿铂当之无愧的旗舰机产品,是应对百米级智慧城市项目的利器。目前,DG4Pros已经被各大测绘单位广泛应用,其实用性已经得到证明。

    1、自然资源部经济管理科学研究所“多测合一”项目报告。mp.weixin.qq.com2、浙江省测绘科学技术研究院城市高楼区地籍精度建模报告。mp.weixin.qq.com
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  • 建模技术对比

    2019-03-16 09:51:00
    其中传统的三维建模通常使用 3dsMax、AutoCAD 等建模软件, 基于 CAD 二维矢量图、影像数据或者手工拍摄的照片估算建筑物的轮廓和高度信息进行人工建模。该方法制作的模型外观美观, 但精度较低,并且生产过程中需要...
  • 低空倾斜摄影技术是近年来在测绘领域伴随...通过专业的数据处理软件可以以测绘级精度恢复高分辨率三维场景,同时随着计算机处理能力大幅提升,倾斜摄影测量可以有效提升模型的生产效率,采用人工建模方式一两年才...

空空如也

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倾斜摄影三维建模精度