无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究

无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究

吴柄汐

四川省三岩地质勘查有限公司  四川省成都市 610036

摘要：无人机倾斜摄影测量是一种快速、高效、精确的影像测量技术。本文针对无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的关键问题开展深入研究，通过分析无人机倾斜摄影测量影像处理的流程，并探讨其与三维建模的方法与要点，旨在提高影像数据处理的准确性和效率，促进无人机倾斜摄影测量技术的发展。

关键词：无人机;倾斜摄影测量;影像处理;三维建模

随着无人机技术的快速发展，无人机倾斜摄影测量成为了一种重要的遥感获取数据方式，而影像处理与三维建模作为无人机倾斜摄影测量的关键环节，直接影响着数据的准确性和三维模型的质量。在实际应用中，由于影像数据的复杂性和处理步骤的多样性，仍存在诸多挑战。因此，深入研究无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的技术方法对于提高遥感数据处理的准确性和效率具有重要意义。

1 无人机倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量是近几年来测绘领域发展的新技术,它是通过无人机搭载的倾斜摄影平台,对地面进行影像采集,与传统的航空摄影只从正射方向获取影像不同,倾斜摄影平台是同时从正射、前、后、左、右五个不同的方向,一次同时获取五张影像。在相机曝光瞬间,倾斜摄影平台能够记录下曝光点的姿态与坐标信息,结合事先做好的像控数据与照片数据,运用大疆智图软件进行三维建模,生产的三维模型能够真实的反映出地物、地貌的真实地理信息。这种采集方式能够提供非常丰富的地物信息，并且可以避免传统航测中的缺角问题。同时，无人机倾斜测量影像处理还可以利用现代计算机硬件和算法的优势，实现对大规模影像数据进行快速处理和分析，提高数据处理的效率。

2 无人机倾斜摄影测量影像处理流程

2.1 影像预处理

影像预处理是倾斜摄影测量影像处理的重要环节。主要包括影像校正、畸变矫正、曝光融合等步骤。其中，影像校正主要是对由于无人机飞行过程中产生的抖动、旋转等因素导致的影像偏移进行修正；畸变矫正则是针对镜头畸变进行修正，以提高影像的精度；曝光融合则是将多张曝光不同的影像融合成一张高动态范围的影像，以提高影像的清晰度。影像预处理数据是实现3D建模能够正常、顺利进行实施过程的基本前提，主要对象包括三维多轴视图图像、POS数据等，这些后处理数据后的三维结果通常需要进行处理运算和数据存储。在数据存储收集和分析管理等过程中，需要用户根据使用不同的摄像机镜头的拍摄视角分别进行数据分类处理和分类存储，以大大方便客户后续工作的实时数据采集检索。

2.2 影像匹配

影像匹配是倾斜摄影测量的关键技术之一，它决定了后续重建过程的准确性。影像匹配的关键问题是特征提取和特征匹配。特征提取是从影像中提取出代表特征点的关键点，常用的特征点有角点、边缘点和纹理点等。特征匹配是将不同角度的影像中的特征点进行匹配，常用的匹配方法有基于光流法、SIFT和SURF等。

2.3 影像融合

倾斜影像采集的过程中，相机视角和高度会不断变化，导致影像中的某些区域被多次拍摄。为了获得高精度的地面影像数据，需要对这些重叠区域的影像进行融合。影像融合可以采用图像拼接和色调补偿等方法，将多个影像融合为一幅无重叠的地面影像。

3 无人机倾斜摄影测量影像处理在三维建模中的应用

3.1传统三维模型的建模

传统的三维模型建立，如CAD技术、航空摄影测量技术，它们利用2维信息建立三维立方体，其纹理是依靠专门的三维软件如3DMAX等进行人工粘贴，其工作量较大，生产成本也高。

3.2 基于倾斜摄影测量技术的三维建模

倾斜摄影测量获得的影像数据可以转换为点云数据，点云处理是进行三维建模的前提过程。点云处理包括点云滤波和点云配准等步骤，用以去除噪声和配准不同航线或不同时间采集的点云数据。三维建模的过程中，为了增加模型的真实感，需要将高精度影像数据与点云数据进行融合。纹理贴图即是将影像投影到点云模型上，实现了对模型的纹理贴图，使模型呈现出真实的外观。而且速度快，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。

4 无人机倾斜摄影测量三维建模技术在不同领域的应用

‌无人机倾斜摄影测量三维建模技术在矿山测量、城市规划和大比例尺测图等领域具有广泛应用。

4.1矿山测量

通过无人机倾斜摄影测量拍摄的影像数据，生成三维模型可以更加真实的反映出矿坑的地形地貌，比如斜坡、陡坎以及深坑等。现阶段，保护环境是大势所趋，利用无人机倾斜摄影测量影响资料生成的三维模型可以准确反映出矿坑的实际情况，在矿区整治、修复以开发利用等方面可以发挥极大的作用。

4.2城市规划

通过无人机倾斜摄影测量采集城市区域地形地貌，对政府进行城市规划、建筑选址等多方面可以提供参考，甚至可以将工程建筑模型与倾斜摄影测量三维模型进行拼接，呈现出工程竣工后的真实效果。现阶段，在城市规划设计中，主要使用的数字化地图，这对于非专业人士而言，不够直观、真实，如果可以无人机倾斜摄影测量的影像资料与项目鸟瞰图结合，可以呈现更加直观的效果，可以分析项目与周边环境是否协调，这对于政府作出决策具有重要作用。

4.3大比例尺测图

相较于传统的航空拍摄测量，无人机倾斜摄影测量由于采用的无人机拍摄，拍摄高度相对较低，因此，拍摄的影像分辨率更高，因此，根据倾斜摄影测量的影像资料完成的大比例尺测图其精度更高。目前，利用无人机倾斜摄影测量完成大比例尺测图已经在实践当中得到应用，并且取得了良好的效果，比如在农村集体土地登记确权、不动产登记等方面。

结语

综上所述，无人机倾斜摄影测量三维建模技术对于提高矿山测量、城市规划和大比例尺测图等领域的精度和效率具有重要意义。无人机倾斜摄影测量技术在不同领域的应用也得到了广泛的认可和实践。未来，随着无人机技术的不断发展和影像处理算法的不断完善，无人机倾斜摄影测量三维建模技术将进一步提高精度和效率，解决各自领域的问题，为各领域的应用提供更多机会和优势。

参考文献

 [1]蔡诚.无人机倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用分析[J].地矿测绘, 2020, 3(3):49.DOI:10.32629/gmsm.v3i3.702.

[2]刘洋. 无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究[D]. 东华理工大学,2016.

[3]席文欢，黄红梅.基于多旋翼无人机的大比例尺地形图测绘应用研究[J].广东水利水电，2019（8）：103-106.