关键词：倾斜摄影；实景三维；倾斜空三；
1 引言
倾斜摄影实景三维重建是近几年测绘地理信息领域兴起的一门热点技术。相比较传统的人工城市三维建模，倾斜摄影实景三维具有高效、真实、高精度的优点。随着业内对其广泛认可，其技术发展也非常迅速。无论是硬件、软件还是生产工艺都日趋成熟。当前已成为城市大规模三维建模的主流技术手段。同时在城市规划、文物保护、旅游、交通等领域也得到了广泛的应用。
倾斜摄影在城市三维建模中虽然有着巨大的优势，得到了业内广泛的认可，但是由于其技术特点，在近地面其模型效果通常不太理想。这也是当前制约倾斜摄影实景模型深入应用的重要因素。针对这一问题，业内提出了多种解决方案。包括基于云计算的空地一体化倾斜摄影与街景融合[1]，三维模型纹理最佳数据源的选择方案[2]，通过模型编辑软件对实景模型进行编辑，通过建模软件对建筑或地物进行模型重建，实景模型和地面全景进行融合展示、在模型的生产过程中通过拍摄近地面照片与航空倾斜照片混合处理等。以上解决方案各有优缺点，都在不同程度上改善了倾斜摄影近地面效果不理想的问题。但都没法做到面向商业应用的较好的解决，这方面仍然需要技术上的提升和改进。而近地面效果不理想主要受遮挡影响，而航高是影像遮挡面积的因素之一[3]，本文采用拍摄近地面照片与航空倾斜照片混合处理的方式来提升近地面模型效果，并结合项目实践对该方法的优缺点、关键技术以及效果进行了分析和评估。
2 近地面照片与航空照片混合处理建模
空地倾斜照片混合处理建模有两种路径实现。一是对空地两种照片分别空三，通过控制点进行连接，然后合并空三输出模型。另外一种是直接将空地照片混合空三，然后输出模型。第二种方案效果更好，但对地面照片拍摄要求较高。本文主要采用第二种方案来实现空地混合建模。
2.1 技术路线
.png)
图1 技术路线
主要技术路线为根据现场状况分别进行常规倾斜摄影及近地面摄影，将两次拍摄的照片混合，并采用人工连接及自动连接的方式统一空三。根据空三结果判断是否需要进一步的人工连接以及调整近地面摄影方案。然后进行迭代处理。技术的重点和难点在于近地面摄影方案的设计以及混合空三处理的方法。
2.2 常规倾斜航摄
对于常规倾斜航摄而言，垂直影像大中城市航向重叠度一般不低于70%，重叠度过高会使基线变短增加旋偏角超限概率[7]，考虑到空三连接效果设计为80%。垂直影像旁向重叠度一般应设计为60%—80%，最低不低于40%[6]。最终旁向重叠度设计为75%。
2.3 近地面照片拍摄
近地面照片的拍摄是整个方案中最关键的环节，直接影响空三的成功率及模型的效果。虽然倾斜摄影可以进行无规律的多视角匹配，但是在角度差异较大以及影像比例差异较大时匹配成功率会大幅降低。近地面照片的拍摄一般根据常规航摄以及现场地物地形情况来规划拍摄方案。按照低矮独栋建筑、低矮成片建筑、高层独栋建筑、高层成片建筑以及地形路面等类别分别制定摄影方案。
低矮独栋建筑。包括各类低矮建筑以及城市雕塑等。采用固定高度倾斜对着侧面高重叠度的进行绕飞。绕飞时应保持倾角基本稳定，同时像片中心与建筑主体中心大体一致。
低矮成片建筑。主要是低矮的沿街底商。采用固定高度倾斜对着侧面高重叠度的沿外侧轮廓进行飞行拍摄。根据商铺周边树木以及商铺遮挡情况确定高度和倾角。在条件允许的情况倾角以45度为宜。
高层独栋建筑。对于独栋高层建筑一般采用多高度多层次绕飞的方案。可以根据建筑情况选择水平绕飞或垂直绕飞。绕飞时保持倾角重叠度基本一致。对于玻璃幕墙或反光强烈的建筑注意选择合适的光线条件及倾斜角度。
高层成片建筑。主要指成片的高层小区。在常规航摄时对成片高层建筑区域应加大重叠度飞行。在补飞时主要对该片建筑外围侧立面进行多层次补飞。一般采用统一高度绕外围侧立面多次飞行的方案。
图2 低矮独栋建筑地面拍摄照片 图3 低矮成片建筑地面拍摄照片
.png)
图4高层独栋建筑地面拍摄照片 图5高层成片建筑地面拍摄照片
根据实践经验在近地面拍摄时遵循以下经验会大幅提高匹配及空三的成功率。
1）拍摄时倾角不宜超过倾斜相机倾角15度。近地面多个高度大重叠度拍摄时可适当放宽。
2）近地面拍摄时的光线条件应尽量与空中摄影时一致或相近。特别是太阳光线强烈时，两次拍摄的时间点应基本相近。
3）近地面拍摄时应遵循一定的路径和轨迹，相邻相片的重叠度不应低于70%。
4）高层建筑在近地面补拍时应采用多个高度多层次拍摄的方案，同时每层次照片重叠度应不低于70%。
5）尽量避免多次重复拍摄，在满足重叠度的情况下控制相片冗余。
2.4 混合空三处理
在常规倾斜摄影及近地面补拍照片结束后按照上文所述的第二种方式进行混合空三处理。
首先进行空三分区，空三分区主要根据近地面补拍的地物独立范围以及单个空三分区像片最大数量进行划分。划分时尽量以空地、水域以及小区内部区域为边界。
初步空三。在空三分区之后，分别对区域内倾斜摄影和近地面补拍的照片单独空三，以获取初始姿态。如果pos数据包含完整的外方位以及精度满足刺点要求也可跳过。
混合空三。将初步空三后的倾斜摄影和近地面照片合并。然后根据需要均匀的刺相控点和连接点。 像控点的选点和刺点方案与常规方案一致，可以不考虑近地面补拍照片。连接点主要针对近地面照片与空中倾斜照片建立连接关系，提升空三的成功率。一般一个补拍区域应刺连接点三到五个。刺点完成后即可提交空三处理。
空三检查。混合空三处理后，应检查空三结果是否合格。主要检查像片姿态是否异常、自动连接点是否异常、像控点残差是否超限、人工连接点残差是否超限等。特别是地面像片的姿态，应分别通过空三报告及三维视图进行检查。对于空三不合格的情况需要根据情况调整人工连接点、控制点以及照片，然后重新进行空三处理。
模型输出。在空三结果符合精度要求后，可进行模型成果的输出。有多个空三分区时可选择合并空三后再进行模型输出。模型输出时需考虑模型区域的有效性。
3 效果评估
经过大量项目实践，空地一体的倾斜摄影建模处理方案能够在大多数情况下有效提升模型效果。特别是对建筑侧立面、沿街商铺效果特别明显。
沿街商铺的效果是大多数倾斜摄影项目重点关注的一个方面，实践证明空地一体的方案能够非常明显的提升模型效果，无论是结构还是纹理。
.png)
图6 混合处理后效果 图7 常规处理效果
对于建筑侧立面的改善也非常显著，特别是能够大幅改善建筑边缘及细小结构的变形。
对于植被覆盖区域、水面等效果改善不明显。路面能够提升路面纹理的分辨率，也能局部改善路面凹凸变形情况。但是整体上看提升效果一般。
3 小结
通过大量项目实践，采用近地面补拍照片与空中倾斜摄影空地一体混合建模处理的技术方案能够有效的提升模型整体效果。特别是对于建筑和底商，效果提升非常明显。但是对于近地面补拍照片的方案具有较强的主观性，没有形成统一的规律。同时照片补拍时基本采用纯手工拍摄，效率较低。未来能否根据空中倾斜照片形成的初始成果，按照既定的规律计算补拍照片的点位和角度，在现场补拍时实现较高自动化的按照计算的点位进行补拍将是空地一体倾斜摄影技术发展的重点方向。
参考文献：
[1] 廖明伟，廖明，万敏.空地一体化倾斜摄影与实景三维融合关键技术探讨.江西测绘[J]，2017(1):2-3.
[2] 王崇倡，张秀岩，纪亮.基于倾斜摄影测量技术三维纹理遮挡处理.测绘与空间地理信息[J]，2018(3):61-64.
[3] 赵之星.用于三维建模的无人机倾斜摄影飞行参数优化研究.西安：西安科技大学[D]，2017.
[4] 李淑荣，李锋.倾斜摄影模型后处理与建库研究.城市勘测[J]，2017(2):98-101.
[5] 刘增良.基于倾斜摄影的大规模城市实景三维建模技术研究与实践.测绘与空间地理信息[J]，2019(2):187-189.
[6] 刘文壮，周惠慧.不同重叠度下倾斜摄影三维模型质量分析.测绘与空间地理信息[J]，2018(12):225-228.
[7] 毕凯,赵俊霞,丁晓波,等.倾斜航空摄影技术设计与成果质量检验[J].测绘通报,2017(4):71-76.
论文作者:,苏洋洋1，洪澄澄2
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2月第4期
论文发表时间:2020/4/23
标签：地面论文; 照片论文; 模型论文; 建模论文; 建筑论文; 效果论文; 空地论文; 《城镇建设》2020年2月第4期论文;