搜索
倾斜摄影技术及其应用案例介绍王孟和2016.2作业流程技术原理发展概况434241应用案例44未来展望45目录发展概况41格莱弗莱克斯相机，是1925年，由美国福尔摩·格莱弗莱克斯(FolmerGraflexCorp)公司制造的单镜头反光型相机。一战期间用于战场侦查，其优点是不需要飞行到测区上方。但当时受胶片影像处理水平及算法的制约，无法进行拼接。之后人们改用正摄的方式进行影像获取。发展概况——倾斜摄影起源技术起源早期设计1904年Schiempflug八镜头倾斜相机1926年Aschenbrenner九镜头相机，1931年用于测量南极1920年Bagley三镜头相机1930年BarrelStrouds七镜头相机“马耳他”（MalteseCross）十字结构，1930年FairchildT-3A5相机系统。发展概况——倾斜摄影相机当代相机徕卡RCD30四维远见SWDC-5中测新图TOPDC-5微软UCO上海航遥AMC580北京红鹏AP5100发展概况——倾斜摄影相机实际需求牵引传统地图表现的局限性，难以满足实际需求数字城市、智慧城市建设需要实景三维表达三维建模需要获取侧面纹理信息。避免高楼相互遮挡，保证侧面有更多的观测值（3度以上）。现实技术推动技术的自动化程度提高硬件发展，使得海量数据处理成为可能发展概况——为什么需要倾斜影像传统测绘语言对客观世界抽象表达的局限性发展概况——传统地图的局限性数字城市、智慧城市建设需要真实的三维实景表达发展概况——实际应用需求的牵引传统的人工建模方式：人工测量人工拍摄人工建模三维模型发展概况——倾斜摄影建模与传统方式的比较1.效果炫丽–色调、光影、烘焙–修饰：水面、烟花、小品2.不受时空限制–地下管线、室内场景–航空、航天人工建模的优势：发展概况——倾斜摄影建模与传统方式的比较1.生产成本高2.生产周期长3.精度难以保障4.缺乏真实性人工建模的局限性：发展概况——倾斜摄影建模与传统方式的比较倾斜摄影三维建模vs人工建模的效果：发展概况——倾斜摄影建模与传统方式的比较发展概况——倾斜摄影建模与传统方式的比较倾斜摄影三维建模vs人工建模的效果：发展概况——倾斜摄影建模与传统方式的比较倾斜摄影三维建模vs人工建模的效果：60个外业人员一架无人机=发展概况——倾斜摄影建模与传统方式的比较倾斜摄影三维建模vs人工建模的效率：外业获取效率对比8k㎡/天0.013k㎡/天相当于600人做一天传统方式——人工处理倾斜摄影——自动处理（效率提高了600倍）发展概况——倾斜摄影建模与传统方式的比较倾斜摄影三维建模vs人工建模的效率：内业处理效率对比实景三维=抽象回归真实：发展概况——倾斜摄影建模的优势高效率高精度高真实感低成本发展概况——倾斜摄影建模的优势发展概况——全国倾斜摄影技术联盟成立设备生产数据处理相关4D产品三维应用平台全产业链联盟数据获取发展概况——全国倾斜摄影技术联盟成员首站大连发展概况——全国倾斜摄影技术联盟百城巡展技术原理42倾斜摄影技术原理倾斜摄影技术是在摄影测量技术之上发展起来的，和摄影测量不同的是：倾斜摄影是通过在同一飞行平台上搭载多台传感器（目前常用的五镜头相机），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。垂直地面角度拍摄获取的影像称为正片（一组影像），镜头朝向与地面成一定夹角拍摄获取的影像称为斜片（四组影像）。一组影像获取示意图连续几组影像获取示意图倾斜摄影技术原理——倾斜影像获取+=三维客观世界的真实表达：原始影像摄站m的右视（C相机）摄站n的左视（A相机）纠正影像摄站m的右视（C相机）摄站n的左视（A相机）局部纠正效果纠正前纠正后倾斜摄影技术原理——倾斜影像匹配：变形纠正五镜头倾斜影像的匹配效果（图中“+”为匹配出的同名点）B相机D相机E相机A相机C相机倾斜摄影技术原理——倾斜影像匹配同一个点对应的多幅影像（重叠度70-80%）：倾斜摄影技术原理•模型：1、将所有影像的外方位元素、GPS和IMU作为未知参数；2、将下视影像（E相机）的外方位元素、ABCD相机相对于E相机的相对姿态、GPS和IMU作为未知参数。倾斜摄影技术原理——倾斜影像空三处理模型1：将所有影像的外方位元素、GPS和IMU作为参数；IMURmisR000111XYZXYZ,,,,,：GPS摄站坐标漂移系统误差改正参数；：像空间坐标系到IMU坐标系之间的旋转矩阵；：IMU坐标到物方空间坐标系之间的旋转矩阵；GPSGPSGPSXYZ,,：GPS获取的摄站坐标；t：GPS获取摄站坐标的时间；倾斜摄影技术原理——倾斜影像空三处理模型2：将E影像的外方位元素和ABCD相机相对于E相机的相对姿态、GPS和IMU做为参数；IMUR：IMU坐标到物方空间坐标系之间的旋转矩阵；misR：像空间坐标系到IMU坐标系之间的旋转矩阵；GPSGPSGPSXYZ,,：GPS获取的摄站坐标；000111XYZXYZ,,,,,：GPS摄站坐标漂移系统误差改正参数；t：GPS获取摄站坐标的时间；R’：ABCD相机相对E相机角元素得到的旋转矩阵；X’，Y’，Z’：ABCD相机相对E相机的线元素；倾斜摄影技术原理——倾斜影像空三处理倾斜摄影技术原理——倾斜影像空三处理：全自动相对定向参与空三的点云倾斜摄影技术原理——倾斜影像自动空三处理倾斜摄影技术原理——基于影像匹配的点云构建TIN自动建模技术：以倾斜摄影技术来获取影像数据作为素材，进行自动化加工处理后得到的三维模型数据的过程，称之为“倾斜摄影自动化建模”。▲空三结果▼点云视图倾斜摄影技术原理——基于倾斜影像的自动建模▲高精度的三角格网TINTIN白模型3D纹理映射后模型倾斜摄影技术原理——基于倾斜影像的自动建模纹理自动粘贴倾斜摄影技术原理——基于倾斜影像的纹理自动贴图实景三维模型初期面临的三大问题海量数据效果完善单体化困难采用并行化处理方式快速生成全区DEM、DOM，在不升级现有硬件情况下，采用CS模式，可用局域网内任意一台电脑作为服务器，自动调用网内冗余计算量超过50%的电脑参与计算，计算任务的分配和计算结果的回收实现全自动化，无需人工干预。实景三维模型初期面临的三大问题——海量数据处理法国欧空局已经开发了一套处理大重叠度影像的，集群式处理环境下比较成熟的高性能遥感影像数据处理软件“像素工厂”（PixelFactory)，主要功能自动DSM生产，自动正射影像纠正等。美国Intergraph公司为企业化高效生产正射影像而推出的软件系统PixelPipe，该软件为正射影像生产提供了可扩展的无缝解决方案，它主要包括以下特点：可以管理影像及元数据、智能分布式处理数据、严格的质检和质量评价和高度自动化的正射影像纠正。PixelPipe还处于发展的初期，今后还会扩展现有解决方案中功能，扩展主要体现在数据的获取、数据的后处理、自动空中三角测量、自动数字地面模型的提取、编辑和管理功能。实景三维模型初期面临的三大问题——海量数据处理DPGrid系统、PixelGrid系统具备网络化、自动化、智能化、分布式处理和并行处理等特性，是一个能够适应新型传感器、大范围、自动化、网络化、智能化的新一代数字摄影测量数据处理平台。BasicconfigurationofPCworkstationclustersystemBasicconfigurationofhigh-qualitybladeserversystemHighqualitybladecomputersystemAutomated¶llelcomputationdatadataTaskschedulingcomputesdatadataPCworkstationsLANLANGigabyteswitchGigabyteswitch实景三维模型初期面临的三大问题——海量数据处理多种数字产品无人机遥感数据单机多核、多机多核集群处理与GPU并行处理技术实景三维模型初期面临的三大问题——海量数据处理倾斜摄影数据默认格式为OSGBOSGBvs3DS、OBJ……常规GIS软件不能直接支持现有三维系统多基于3DS模型实景三维模型初期面临的三大问题——海量数据支持•OSG、SuperMap等全面支持OSGB格式倾斜摄影三维数据快速动态加载海量数据•充分利用数据自带8—10级LOD金字塔•瞬间全幅加载，帧率高、占用内存少无需数据格式转换实景三维模型初期面临的三大问题——海量数据支持材质匀色航片精简辅助工具模型修补模型替换实景三维模型初期面临的三大问题——模型效果完善不能单体，无法对象化只能看，不能管，花瓶应用表面模型，一张皮海量显示解决了，下个问题来了实景三维模型初期面临的三大问题——模型数据单体化图查属性属性查图缓冲区查询制作专题图实景三维模型初期面临的三大问题——模型数据单体化图查属性属性查图缓冲区查询制作专题图实景三维模型初期面临的三大问题——模型数据单体化模型数据单体化道路单体化分离房屋单体化分离倾斜摄影的高中低空解决方案专业量测型平台（高精度POS）小型平台(低精度POS)小型平台(无POS)•倾斜专用平差模型•精度控制体系•倾斜专用平差模型•特征点匹配技术•精度控制体系•倾斜专用平差模型•优化的特征点匹配技术•精度控制体系倾斜摄影的高中低空解决方案作业流程43无人机测绘外业流程无人机测绘外业流程——航线规划设计重叠度通常采用航向75%、旁向50%重叠，保障60%、30%重叠要求；航高充分顾及影像的有效分辨率，并非航高越低分辨率越高；有风天气尽量避免有风天气飞行，特殊情况采用高重叠度方式进行飞行，减小后期处理工作量和保证处理精度。通过GoogleEarth制作地图，载入飞控软件中，直观易用。你只须在屏幕上拖拽出一个矩形，就能自动生成飞行航线，详尽的飞行数据显示，能让你随时了解飞机的飞行情况。无人机测绘外业流程——航线规划设计无人机测绘外业流程——控制点布设原则：均匀布设，边角加密，大面积弱纹理区域（水域、森林、农田）边界加密。飞行前布控，可以提高精度。圆形点较优。飞行后布控，平面内的标志点较优。相对姿态参数：子相机分布：相机名称：SWDC-5像元大小：6μmCCD像素数：8176*6132飞行方向影像关系：EACDB无人机测绘外业流程——倾斜影像获取五条航带下视影像及同摄站五相机影像关系示意图:倾斜影像+POS数据自动空三匹配人工干预自动建模无人机测绘内业处理流程无人机测绘内业处理流程无人机测绘内业处理流程PhotoMesh是Skyline旗下的倾斜摄影自动批量建模软件，是基于图形运算单元GPU快速三维模型的构建软件。它基于摄影测量原理，可以将多种源数据、分辨率、任意数据量的照片转化为高分辨率的、带有图像纹理的三维网格模型。具体来说，它通过对获得的倾斜影像、街景数据、拍摄照片等不同数据源数据进行同名点选取、多视匹配、三角网（TIN）构建、自动赋予纹理等步骤，最终得到三维模型。无人机测绘内业处理流程使用PhotoMesh自动批量构建三维模型之后，提供CityBuilder专门用于对建模成果进行后处理。具体来说，CityBuilder通过引入分类图层，可以对建成的三维城市模型进行单体化切割、挂接业务属性，同时创建一个多层次细节的优化模型。经过后处理的倾斜模型，一方面可以用于查询检索，另一方面还可以将该模型存放在数据库中，通过网络发布后，被远程的客户端（桌面端移动端）访问。DEM、DOM生产•摒弃传统的基于单模型像方匹配的方式匹配生成DEM模式，采用基于物方匹配的方式生产DEM，既能充分利用无人机影像高重叠度的这一优势，大大提高匹配精度，并且能自动过滤人工建筑物，减少后期人工编辑工作量，同时提供人工干预恢复功能。无人机测绘内业处理流程——DEM、DOM生产应用案例44倾斜摄影技术应用——生产传统的4D测绘产品测图建模工艺A：半自动实体化建模工艺B：对OSGB场景进行修饰工艺C：1:500等大比例尺地形测图倾斜摄影技术应用——生产传统的4D测绘产品模型面数少文件小、易应用平台兼容性强省去外业拍照工艺A：半自