倾斜摄影测量技术综述

张照

柳州市勘察测绘研究院545006

摘要：随着科技的发展和时代的进步，传统的测量方法已不能完全满足国家的需求。传统的摄影测量技术主要针对地物地形的顶部进行测量，而对地形起伏地物信息的获取有很大的局限性。倾斜摄影测量技术较好的解决这些问题，在实际生活中得到了广泛的应用，为地形地物测量提供了有力的技术支持。

关键词：摄影测量与遥感；倾斜影像测量；关键技术

倾斜摄影测量技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它是将传统的航空摄影技术和数字地面采集技术结合起来发展的一种新型测量技术，简称倾斜摄影测量技术。通过在同一飞行器平台上搭载多台或多种传感器，同时从多角度连续采集地面影像，从而克服传统航空摄影技术只能从垂直角度只能从垂直角度进行拍摄的局限性，能够最大程度的反应地物的真实情况，弥补了正摄影像只有垂直视角的不足，给人的视觉一个真实直观的世界。航空倾斜摄影不仅能够真实地反应地物情况，而且还能够采用先进的定位技术，通过内业的几何校正、平差、多影像匹配等一系列的处理，嵌入精确的地理信息和丰富的影像信息，极大地扩展了遥感影像的应用领域。倾斜摄影测量技术的应用，使目前高昂的三维城市建模成本大幅降低，大大提高了三维城市建模的速度。由于倾斜影像为用户提供了更丰富的地理信息，更友好的用户体验，该技术在欧美等发达国家已经广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收等行业。

一倾斜摄影测量的基本原理

倾斜摄影测量的基本原理为：通过传统摄影测量的飞机飞行方式，增加向前后左右四个方向的传感器镜头，同时拍摄一组正摄和四个倾斜等五个不同角度的相片，拍摄相片时，同时记录航高，航速，航向重叠，旁向重叠，坐标等参数，然后对倾斜影像进行分析和整理。在一个时段，飞机连续拍摄几组影像重叠的照片，同一地物最多能够在3张相片上被找到，这样内业人员可以比较轻松地分析建筑物的结构，并且可以选择最为清晰的一张照片制作细部纹理。由于倾斜摄影测量对图像的质量要求较高，这就对航摄相机提出了更高的要求。

二倾斜摄影测量的基本特点

随着科技的进步，相机技术也在日益完善，目前已经可以达到的精度为亚米级，已经可以满足我们大部分的需求。

同时，倾斜摄影测量具有如下特点：

（1）、可以获取多个视点和视角的影像，从而得到更为详尽的侧面信息；

（2）、获取的影像具有较高的分辨率和较大的视场角；

（3）、可以获取同一地物具有多重分辨率的影像；

（4）、倾斜影像地物遮挡现象较突出。

针对这些特点，倾斜摄影测量技术通常包括影像预处理、区域网联合平差、多视影像匹配、DSM生成、真正射纠正、三维建模等关键内容。

遥感影像在成像时，图像的质量由于各种原因（传感器自身的原因、大气辐射等影响），使得所获得的遥感影像不是很好，不能直接投入使用。基于这个原因，对影像遥感影像进行预处理的工作就显得尤为重要。图像预处理的工作主要有图像的正射校正和几何校正、图像裁剪、图像镶嵌等内容。通过对影像进行处理，可以获得我们可以直接使用的影像，以便对影像进行下一步处理。

三倾斜摄影测量的关键技术

倾斜摄影测量的关键技术有三条：

（1）、多视影像联合平差：多视影像不仅包含垂直摄影数据，还包括倾斜摄影数据，而部分传统空中三角测量系统无法较好地处理倾斜摄影数据，因此，多视影像联合平差需充分考虑影像间的几何变形和遮挡关系。结合POS系统提供的多视影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，得到较好的同名点匹配结果。同时，建立连接点和连接线、控制点坐标、GPU/IMU辅助数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程，通过联合解算，确保平差结果的精度。

（2）、多视影像密集匹配：影像匹配是摄影测量的基本问题之一，多视影像具有覆盖范围大，分辨率高等特点。因此，如何在匹配过程中充分考虑冗余信息，快速准确获取多视影像上的同名点坐标，进而获取地物的三维信息，是多视影像匹配的关键。由于单独使用一种匹配基元或匹配策略往往难以获取建模需要的同名点，因此近年来随着计算机视觉发展起来的多基元、多视影像匹配，逐渐成为人们研究的焦点。目前，在该领域的研究已取得很大进展，例如建筑物侧面的自动识别与提取。通过搜索多视影像上的特征，如建筑物边缘、墙面边缘和纹理，来确定建筑物的二维矢量数据集，影像上不同视角的二维特征可以转化为三维特征，在确定墙面时，可以设置若干影响因子并给予一定的权值，将墙面分为不同的类，将建筑的各个墙面进行平面扫描和分割，获取建筑物的侧面结构，再通过对侧面进行重构，提取出建筑物屋顶的高度和轮廓。

（3）、数字表面模型生成和真正射影像纠正：多视影像密集匹配能得到高精度高分辨率的数字表面模型DSM，充分表达地形地物起伏特征，已经成为新一代空间数据基础设施的重要内容。由于多角度倾斜影像之间的尺度差异较大，加上较严重的遮挡和阴影等问题，基于倾斜影像的DSM自动获取存在新的难点。可以首先根据自动空三解算出来的各影像外方位元素，分析与选择合适的影像匹配单元进行特征匹配和逐像素级的密集匹配，并引入并行算法，提高计算效率。在获取高密度DSM数据后，进行滤波处理，并将不同匹配单元进行融合，形成统一的DSM。多视影像真正射纠正涉及物方连续的数字高程模型DEM和大量离散分布粒度差异很大的地物对象，以及海量的像方多角度影像，具有典型的数据密集和计算密集特点。在有DSM的基础上，根据物方连续地形和离散地物对象的几何特征，通过轮廓提取、面片拟合、屋顶重建等方法提取物方语义信息；同时在多视影像上，通过影像分割、边缘提取、纹理聚类等方法获取像方语义信息，再根据联合平差和密集匹配的结果建立物方和像方的同名点对应关系，继而建立全局优化采样策略和顾及几何辐射特性的联合纠正，同时进行整体匀光处理。

四总结

倾斜摄影测量技术以大范围、高清晰的方式全面感知复杂场景，系统具备高性能的协同并行处理能力，在新一代城市空间数据基础设施建设中有着巨大的发展潜力。随着我国城市化进程的快速推进，精细化的三维城市模型作为城市规划、建设、管理和信息化的基础数据，得到了日益广泛的应用并逐渐成为城市空间数据框架的重要内容。然而，传统的航空和卫星遥感手段主要针对城市建筑顶部进行模型重建，而对侧面的三维重建一直缺少有效的解决手段。倾斜摄影技术的发展，可以有效解决这一难题。由于倾斜摄影测量，周期短、省人力、高度还原真实世界等特点，现在已应用到非常多的行业中，包括智慧城市、城市规划、房地产、能源等等。日后，随着技术不断的进步，倾斜摄影测量技术也将应用于更多的领域中。

参考文献

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