三維建模作為“數字城市”地理空間框架建設工程的一個重要組成部分，直觀且真實地還原城市風貌，為城市的規劃建設，以及民眾生活帶來便利。傾斜攝影作為一個重要的信息獲取技術，運用圖片結合技術，整合當前城市建筑、樹木特征點，勾勒出屬于城市的3D信息。

傾斜攝影測量技術是一種新型的高科技技術，主要應用在影視拍攝以及測繪領域中。傾斜攝影主要依托無人機為載體實現應用價值，運用CMOS傳感器技術進行信息的獲取，得到最原始的數據。由于影像信息通常會有畸變，需要后臺進行影像的拼接，圖片的處理。無人機遙感技術作為一種新興遙感技術，具有時效性、成本低廉以及安全等優勢，通過高度的變化來實現圖片大小的伸縮。同時，在一些需要精密的運用場所運用相關的焦距變化使得圖片的局部信息更加細膩。還可以通過獲取衛星的GPS信息之后，相應的得出當前的位置、高度等一些關鍵信息，實現照片的全面性。
下圖為傾斜攝影測量方案：基于五目攝像頭的圖像獲取方式。

目前傾斜攝影使用較多的飛行設備——多旋翼無人機、固定翼飛機

一、傾斜影像的四大特點

1.反應地物周邊真實情況

相對于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察地面上的各種建筑、自然景象等，更加真實反應實際物體的情況，由于傾斜攝影能增加側面的深度信息，并且結合GPS相關技術支持，能夠有效彌補了正射影像應用的不足。

2.可實現單張影像量測

通過配套軟件的應用，可基于成果影像進行高度、長度、面積、角度、坡度等的測量。

3.建筑物側面紋理可采集

針對各種三維數字城市應用，利用航空攝影大規模成像的特點，加上從傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效降低城市三維建模成本。

4.易于網絡分布

傾斜影像的數據格式可采用成熟穩定的技術進行網絡分享，通過發送圖像的數據，可更快、更加便捷地進行共享應用。

二、傾斜攝影數據加工的關鍵技術

1.多視影像聯合平差

多視影像包含垂直攝影數據、傾斜攝影數據，而部分傳統空中三角測量系統無法較好地處理傾斜攝影數據。因此多視影像聯合平差需充分考慮影像間的幾何變形和遮擋關系。結合POS系統提供的多視影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略在每級影像上進行同名點自動匹配和自由網光束法平差，得到較好的同名點匹配結果。同時，建立連接點和連接線、控制點坐標、GPS/IMU輔助數據的多視影像自檢校區域網平差的誤差方程，通過聯合解算，確保平差結果的精度。

2.多視影像密集匹配

影像匹配是攝影測量的基本問題之一，多視影像具有覆蓋范圍大、角度多方向、影像重疊等特點。因此如何在匹配過程中充分考慮冗余信息，快速準確獲取多視影像上的同名點坐標，如何將這些信息完整地整合在一起，并且對信息的提取都能保證完全無誤是影響匹配的重中之重。

由于單獨使用一種匹配基元或匹配策略往往難以獲取建模需要的同名點，隨著多影像、計算機視覺、深度學習等方向的興起。在該領域的研究已取得很大進展，例如建筑物側面的自動識別與提取。通過搜索多視影像上的特征如建筑物邊緣、墻面邊緣和紋理來確定建筑物的二維矢量數據集影像上不同視角的二維特征可以轉化為三維特征，在確定墻面時進行平面掃描和分割，獲取建筑物的側面結構，再通過對側面進行重構，提取出建筑物屋頂的高度和輪廓。

3.數字表面模型生產

多視影像密集匹配能得到高精度高分辨率的數字表面模型DSM，已經成為新一代空間數據基礎設施的重要內容，充分表達地表建筑物、橋梁、樹木等一些物體的起伏特征，由于多角度傾斜影像之間的尺度、角度、特征點差異較大，加上較嚴重的遮擋和陰影等問題，基于傾斜影像的DSM自動獲取存在新的難點?？梢愿鶕詣涌杖馑愠鰜淼母饔跋裢夥轿辉?#xff0c;分析與選擇合適的影像匹配單元進行特征匹配和逐像素級的密集匹配，并引入并行算法，提高計算效率。在獲取高密度DSM數據后，進行濾波處理，并將不同匹配單元進行融合，形成統一的DSM。

4.正射影像糾正

多視影像真正射糾正涉及物方連續的數字高程模型和大量離散分布粒度差異很大的地物對象，以及海量的像方多角度影像，具有典型的數據密集和計算密集特點。因此多視影像的真正射糾正，可分為物方和像方同時進行。在有DSM的基礎上根據物方連續地形和離散地物對象的幾何特征，通過輪廓提取、面片擬合、屋頂重建等方法提取物方語義信息，同時在多視影像上通過影像分割、邊緣提取、紋理聚類等方法獲取像方語義信息，再根據聯合平差和密集匹配的結果建立物方和像方的同名點對應關系，繼而建立全局優化采樣策略和顧及幾何輻射特性的聯合糾正，同時進行整體勻光處理，實現多視影像的真正射糾正，可以設置若干影響因子并給予一定的權值，將建筑的各個墻面進行平面掃描和分割，獲取建筑物的側面結構并且對側面進行重構，提取出建筑物屋頂的高度和輪廓。

三、相關案例解說

1.巴黎圣母院火災事件

通過航拍傾斜攝影，基本可以辨識出建筑的特征和造型。但相對而言，細節的處理還是存在相對較大的差異性，雖然可以通過幾何校正、聯合平差等處理流程，但對于建筑而言還需要精度更高的儀器測量。綜合考慮后，測繪院采用三維激光掃描，獲取點云數據、高度信息、輪廓信息等，針對傾斜攝影獲取的圖像信息、激光雷達獲取的點云數據，對整個巴黎圣母院進行了精確還原和記錄，便于后續對巴黎圣母院進行重新修建，誤差可控制在5毫米左右。

2.城市違建檢測

樓房違建、非法排污、違法占地等一些現象普遍存在于生活中，傾斜攝影三維信息系統可以通過遙感影像獲取實際地物的用地信息，通過軟件、深度學習等一些信息的提取，與規劃信息實施對比，從而可以直觀、有效、及時、快捷的獲取城市違法占地、非法排污、黑點工程等改變土地用地的區域、類型、面積及公布特征，有利于解決目前執法過程中的困難。此外還可以應用于統計高度變化，進行閾值分割，計算形態參數，過濾出建筑變化區域。

3.其他行業的一些應用

四、未來展望

目前對大數據的需求正在增加，而隨著無人機的日漸發展，無人機靈活、便捷、快速地特點逐步呈現，在實際的測量工作中已經實現了相當可觀的效果。隨著技術的進一步發展，接下來的測量將會更加精準、便捷、高效。使用者將獲得的數據轉換為不同的數據格式后，可對數據進行矢量計算等操作，能夠實現不同工程需要。通過無人機、傳感器、算法等技術的不斷升級，未來將會在更多的應用場景中見證它強有力的作用。

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責任編輯：林冬娜、鄧小云︱文章作者：鄒向浩︱文章審核：黃雯欣

文章鏈接：高科技構筑逼真效果——無人機傾斜攝影技術在實景三維建模的應用及展望

總結

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