倾斜摄影是什么?了解倾斜摄影吗?

倾斜摄影技术,作为如今国际测绘遥感领域近年才发展起来的一项高新技术,在欧美等发达国家已经被广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收等行业。

倾斜摄影的由来

倾斜摄影的产生和发展与人们喜爱的摄影是密不可分的。著名法国摄影师纳达尔是航空照相史上的第一人。出于好奇的缘故,1856年,拍摄了第一张航空影像,拉开了人类对地观测与遥感的序幕,同时也拉开了倾斜摄影的序幕。

国内的倾斜摄影的发展

2010年4月,天下图首次引进美国Pictometry的倾斜摄影测量技术,开启了国内实景三维建模的大门。随后,2010年10月,刘先林院士团队成功研发了第一款国产倾斜相机SWDC-5,并于当年和北京东方道迩公司成功合作开展了长春市倾斜摄影工程项目。与此同时,国产倾斜相机的销售模式也正式开启。在基于倾斜摄影测量技术的三维建模软件中,法国ASRIUM公司(现已更名为空客防务与空间公司)的“街景工厂”以高效、全自动化的三维建模生产能力优先占领了国内市场,并于2012年7月与河北省地理信息局合作,采用SWDC-5相机所采集的倾斜影像作为数据源,成功完成了国内首批实景三维模型重建的工程测试工作,促成了“街景工厂”在国内的正式商业销售。

2013年,国家测绘地理信息局给黑龙江、陕西、四川三个国家直属局配发了Leica RCD30倾斜相机和“街景工厂”,并对相关单位的业务探索进行了有益指导,这极大地激发了相关单位在倾斜影像的数据获取、数据处理、成果数据应用各个环节的工作热情,使其积极主动地对国内市场的相关业务进行了开拓。

2014年4月,泰瑞天际主办的“2014Skyline倾斜摄影真三维技术与智慧城市应用全国巡展”在广州启动。2014年6月,全国倾斜摄影联盟成立,并提出明确的目标:“以提高自主创新能力为宗旨,以倾斜摄影技术产品为核心,整合数据获取、建模生产与应用研发多方力量,为公众和政府提供倾斜摄影产业链的一体化解决方案,推动倾斜摄影技术革新与产业应用。”

2014年下半年,超图软件针对倾斜摄影三维建模的特点推出了SuperMap GIS7C(2015)版本,攻克了海量倾斜模型加载、地物单体化等诸多技术难题并对其应用进行了深入挖掘,各项技术指标也已排在了世界前列。

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到目前为止,全国各个生产单位利用倾斜摄影测量技术已成功构建多个城市的实景三维模型。仅四川测绘地理信息局就已完成资阳、宜宾、广元、广安、眉山、色达、亚青寺、洛带、天府新机场等多个重点地区近500平方公里的实景三维模型。

倾斜摄影技术特点

倾斜摄影是在摄影测量技术发展和人们需求增加的基础上发展起来的。传统的竖直摄影只能获取地物顶部信息,对于地物侧面信息则无法获得;倾斜影像能让用户从多个角度观察被制作建筑,更加真实地反映地物的实际情况,极大地弥补了基于正射影像分析应用的不足;

通过配套软件的应用,可直接利用成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等属性的量测,扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用; 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,能够有效地降低城市三 维建模成本。

倾斜摄影与竖直摄影基本原理相同,但其与竖直摄影相比仍面临不少难题,如:建筑物在倾斜影像中几何变形、数据遮挡、数据冗余、影响匹配以及多视角影像联合平差等。

技术创新

国内多家单位引进“街景工厂”的初期,前、后、左、右和下5个视角的倾斜影像数据的获取主要依靠常规的航空摄影平台(有人飞机)和工业级别的量测型相机(如Leica-RCD30相机、SWDC-5相机)。尽管采用常规航空摄影平台搭载量测相机的方式所获取的倾斜影像数据具有分辨率较高、质量较好、姿态位置精确等优势,但航飞的灵活性却受到空域申请、飞机租赁等相关事宜的制约。

为了降低倾斜影像的获取成本和周期,国内在引进和开发基于有人机的倾斜航摄仪的同时,同步开展了适宜在无人机、动力三角翼、直升机上进行搭载的轻量化、微型化倾斜航摄仪的研发工作。经过几年的努力,包括鸿鹏天汇、中测新图、中科数遥、四川省遥感信息测绘院在内的多家业内单位都相继开发出相应的产品并获得相关专利及应用。

常规的实景三维建模主要包括多视影像同名像点匹配、区域网联合平差、密集点云生成、三角网构建、纹理映射以及建立多细节层次结构等数据处理步骤。然而,为了保证实景三维模型最佳的视觉效果,技术人员针对各类传感器所获取的倾斜影像数据特性,开发了多视影像预处理(云雾处理、色调一致性调整等)、三维模型优化编辑(水面漏洞修复、建筑结构修复)等相关系统软件,有效地提高了三维模型的质量可靠性。

倾斜摄影关键要素

大重叠度飞行

倾斜摄影获取的影像存在严重的地无遮挡现象,尤其是建筑物密集区域。为了获取全方位无信息盲点的倾斜影像应采取大重叠飞行观测方式。

各个子镜头相对位置检校(Boresight检校)

倾斜相机均配备高精度的POS系统。POS系统——指将GPS系统和惯性测量单元(IMU,Inertial MeasurementUint)集成直接对相机进行定姿定位的一种高精度测量系统。

倾斜相机的坐标轴和POS系统的坐标轴,并不完全平行。POS系统测量的角度并不是倾斜相机的角度。因此,需要通过解析计算出倾斜相机坐标轴和POS系统坐标轴之间的旋转角度,我们称之为倾斜相机的Boresight的检校

Boresight检校的基本原理是通过一组特殊的飞行方案,获取一组航片。经过空中三角测量平差后,得到每张航片的位置和姿态。与POS系统测定的位置和姿态进行对比分析,求解出Boresight的最或是值。

倾斜摄影建模技术的优势

传统三维建模通常使用3ds Max、AutoCAD等建模软件,基于影像数据、CAD平面图或者拍摄图片估算建筑物轮廓与高度等信息进行人工建模。这种方式制作出的模型数据精度较低,纹理与实际效果偏差较大,并且生产过程需要大量的人工参与;同时数据制作周期较长,造成数据的时效性较低,因而无法真正满足用户需要。

倾斜摄影测量技术以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景,通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观反映地物的外观、位置、高度等属性,为真实效果和测绘级精度提供保证。同时有效提升模型的生产效率,采用人工建模方式一两年才能完成的一个中小城市建模工作,通过倾斜摄影建模方式只需要三至五个月时间即可完成,大大降低了三维模型数据采集的经济代价和时间代价。目前,国内外已广泛开展倾斜摄影测量技术的应用,倾斜摄影建模数据也逐渐成为城市空间数据框架的重要内容。

我国倾斜摄影技术未来展望

倾斜摄影测量技术无疑将会在我国地理信息产业中扮演更加重要的角色。

倾斜影像不仅能够真实地反应地物情况,而且还通过采用先进的定位技术,嵌入精确的地理信息,使用户获得更高级,更为逼真的用户体验,极大地扩展了遥感影像的应用领域。同时,倾斜摄影测量技术使得目前高昂的三维城市建设成本将得以大大降低,而三维城市效果也更为真。