怎樣基于多(duō)源數據融合實現實景三維建模

三維建模的(de)技術主要分(fēn)爲人(rén)工建模、傾斜攝影(yǐng)建模和(hé)激光(guāng)雷達建模3種。人(rén)工建模模型效果好，缺點是周期長(cháng)、非實景建模，一般适用(yòng)于小範圍、單個(gè)對(duì)象建模；傾斜攝影(yǐng)建模效率高(gāo)、成本低、實景模型，缺點是受外部因素影(yǐng)響大(dà)、細節效果不夠好,一般适用(yòng)于大(dà)範圍建模；地面激光(guāng)雷達抗幹擾強、效果好，但成本較高(gāo)、範圍小，一般适用(yòng)于古建築、單個(gè)對(duì)象。

傳統的(de)傾斜攝影(yǐng)在數據采集過程中，存在物(wù)體遮擋、航攝盲區(qū)等客觀因素限制，造成三維模型扭曲、空洞、紋理(lǐ)拉花等問題。基于無人(rén)機傾斜攝影(yǐng)、機載激光(guāng)雷達、地面激光(guāng)雷達融合建模的(de)方法，同時(shí)采用(yòng)大(dà)疆無人(rén)機補拍(pāi)重點建築紋理(lǐ)數據對(duì)傾斜攝影(yǐng)數據進行補充，将4種數據相融合進行實景三維重建，可(kě)以獲得(de)高(gāo)效率、低成本、精細化(huà)的(de)實景三維模型。

一、傾斜攝影(yǐng)數據采集及處理(lǐ)

1.影(yǐng)像數據獲取

五鏡頭傳感器相機采集5個(gè)角度的(de)航攝影(yǐng)像。

利用(yòng)無人(rén)機補拍(pāi)重點建築紋理(lǐ)數據。

2.影(yǐng)像數據處理(lǐ)

圖像數據預處理(lǐ)：對(duì)采集影(yǐng)像進行檢查和(hé)預處理(lǐ)，主要包括航片質量檢查、航片勻色等。

空中三角測量：可(kě)使用(yòng)重建大(dà)師軟件結合POS系統提供的(de)外方位元素和(hé)相機安裝位置關系，模拟包括傾斜影(yǐng)像在内的(de)所有影(yǐng)像的(de)地表投影(yǐng)範圍，采取由粗到精的(de)金字塔匹配策略，在各級影(yǐng)像上進行同名點自動匹配和(hé)自由網光(guāng)束法平差，得(de)到較好的(de)同名點匹配結果。

二、機載激光(guāng)點雲數據采集及處理(lǐ)

1.機載點雲數據采集

根據設備性能、點雲密度、重疊度和(hé)飛(fēi)行範圍制定飛(fēi)行方案，包括飛(fēi)行的(de)時(shí)間、地點、基站架設等。

2.機載點雲數據預處理(lǐ)

對(duì)原始數據進行解碼,将基站觀測數據、基站坐(zuò)标和(hé)機載GNSS觀測數據、IMU數據導入軟件進行POS數據處理(lǐ)。

采用(yòng)控制點檢查的(de)方式檢查點雲數據精度。

三、地面激光(guāng)點雲數據采集及處理(lǐ)

1.數據采集

地面掃描時(shí)，需對(duì)掃描場(chǎng)景進行掃描區(qū)塊劃分(fēn)，拆分(fēn)爲多(duō)個(gè)合理(lǐ)的(de)區(qū)塊，各區(qū)塊之間要有重疊，且對(duì)各區(qū)塊提前進行掃描線路規劃，盡可(kě)能圍繞地物(wù)繞8字形閉合線路。

2.點雲數據預處理(lǐ)

點雲去噪：由于掃描環境、掃描目标、設備參數等原因，掃描過程中會産生部分(fēn)噪聲數據，這(zhè)些噪聲會影(yǐng)響點雲配準的(de)精度。通(tōng)過不同的(de)濾波方法，如高(gāo)斯濾波、随機采樣一緻性濾波，完成點雲數據的(de)濾波與平滑。

點雲拼接：常用(yòng)的(de)拼接方法爲自動拼接和(hé)手動拼接。自動拼接可(kě)通(tōng)過提取重疊部分(fēn)點雲的(de)特征點或人(rén)爲設置公共靶标進行配準；人(rén)工配準則需要人(rén)工選取不同的(de)特征點，利用(yòng)多(duō)組特征點計算(suàn)得(de)出旋轉矩陣完成拼接。

點雲坐(zuò)标系轉換：拼接完成後的(de)點雲數據通(tōng)過控制點進行坐(zuò)标轉換到CGCS2000中。

四、基于多(duō)源數據融合三維實景三維建模

首先利用(yòng)重建大(dà)師進行多(duō)源數據融合三維模型生産，将合格的(de)傾斜攝影(yǐng)空三加密成果自動生成的(de)密集點雲和(hé)機載、地而采集的(de)點雲通(tōng)過賦予不同的(de)權重進行點雲融合、配準，共同構建不規則三角網TIN；然後對(duì)三角網進行平滑和(hé)簡化(huà)後生成白模；最後将傾斜影(yǐng)像的(de)紋理(lǐ)自動映射到白模上，生成高(gāo)精度的(de)三維模型。

五、多(duō)源數據融合建模與傳統傾斜攝影(yǐng)建模對(duì)比

傳統傾斜攝影(yǐng)建模由于建築物(wù)遮擋，采集不到房(fáng)檐下(xià)數據、紋理(lǐ)覆蓋不夠或白模質量差。融合地面激光(guāng)雷達掃描數據後，房(fáng)檐下(xià)紋理(lǐ)清晰可(kě)辨，白模精度大(dà)幅提高(gāo)，模型棱角分(fēn)明(míng)。傳統傾斜攝影(yǐng)建模與多(duō)源數據融合建模效果對(duì)比如下(xià)：

從模型效果上來(lái)看,傳統傾斜攝影(yǐng)測量生成的(de)模型有部分(fēn)結構缺失，如城(chéng)門的(de)門洞、店(diàn)鋪的(de)窗(chuāng)格等。在建築物(wù)的(de)房(fáng)檐下(xià)，由于遮擋，影(yǐng)像的(de)重疊度不足，使得(de)采用(yòng)傳統傾斜攝影(yǐng)房(fáng)檐下(xià)模型結構生成不完整，紋理(lǐ)扭曲、拉花嚴重。采用(yòng)多(duō)源數據融合技術可(kě)使模型的(de)效果大(dà)大(dà)提升，如房(fáng)檐下(xià)模型結構完整，地下(xià)部分(fēn)結構清晰可(kě)見，紋理(lǐ)清晰。