菜鳥都應該知道的(de)傾斜攝影(yǐng)測量知識大(dà)全

　　什(shén)麽是傾斜攝影(yǐng)測量

　　傾斜航空攝影(yǐng)是相對(duì)于豎直航空攝影(yǐng)而言的(de)，傳統的(de)航空攝影(yǐng)以獲得(de)正射影(yǐng)像爲目的(de)，采用(yòng)像片傾角小于2-3°的(de)攝影(yǐng)方式，稱爲豎直航空攝影(yǐng)。這(zhè)一方式便于後續的(de)正射糾正與立體測圖等處理(lǐ)工作，但是會失去地物(wù)的(de)側立面細節。事實上，傾斜攝影(yǐng)也(yě)可(kě)以獲得(de)正射影(yǐng)像，但是傾角過大(dà)時(shí)，正射糾正需要更高(gāo)的(de)像片重疊度，投影(yǐng)差也(yě)會更大(dà)，精度會下(xià)降，采集成本也(yě)會增加。但是，近年來(lái)，多(duō)鏡頭航攝儀的(de)發展很好的(de)克服了(le)精度問題，同時(shí)實現了(le)對(duì)地物(wù)頂部和(hé)側立面的(de)建模和(hé)紋理(lǐ)采集，使得(de)傾斜航空攝影(yǐng)在大(dà)範圍三維建模方面表現出了(le)卓越的(de)能力。傾斜攝影(yǐng)可(kě)以一次性獲取幾十平方公裏的(de)城(chéng)市建築物(wù)及地形模型，建模速度快(kuài)，紋理(lǐ)真實性強，具有非常有沖擊力的(de)視覺感受。同時(shí)，傾斜航空攝影(yǐng)也(yě)能在建模之餘，獲得(de)正射影(yǐng)像和(hé)數字高(gāo)程模型。傾斜攝影(yǐng)也(yě)不是完美(měi)的(de)，由于航攝時(shí)航高(gāo)的(de)因素接近于地表的(de)細節損失相當嚴重。目前呈現出無人(rén)機低空攝影(yǐng)表現優于大(dà)飛(fēi)機高(gāo)空航攝的(de)趨勢，但無人(rén)機單次采集區(qū)域又過小，而且依然無法保證地面細節的(de)完美(měi)。未來(lái)采用(yòng)低空傾斜＋地面激光(guāng)掃描結合可(kě)能是建模最優方案。

　　所謂“站在巨人(rén)的(de)肩膀上”在這(zhè)篇文章(zhāng)中就很好的(de)體現出來(lái)了(le)，本文的(de)一些圖和(hé)一些概念就是借鑒“巨人(rén)”發表的(de)文章(zhāng)中的(de)圖和(hé)概念。這(zhè)還(hái)得(de)感謝這(zhè)些“巨人(rén)”把我們領向一條光(guāng)明(míng)大(dà)道。我不是攝影(yǐng)測量的(de)專業人(rén)士，GIS圈也(yě)隻是個(gè)剛入門的(de)菜鳥。請允許我從一個(gè)菜鳥的(de)角度，來(lái)說說那些菜鳥入門級的(de)傾斜攝影(yǐng)測量知識。

　　近些年，傾斜攝影(yǐng)測量在GIS圈掀起了(le)一陣巨浪，有人(rén)說他(tā)颠覆傳統的(de)測繪領域，有人(rén)說他(tā)替代了(le)傳統建模方式。正因爲傾斜攝影(yǐng)測量被帶上了(le)這(zhè)麽多(duō)光(guāng)環，人(rén)們開始對(duì)他(tā)有形形色色的(de)猜想，讓它變得(de)越來(lái)越神秘。就讓咱們來(lái)看看傾斜攝影(yǐng)數據的(de)效果圖。

　　我們來(lái)看看傾斜攝影(yǐng)測量，和(hé)我們傳統的(de)影(yǐng)像有什(shén)麽區(qū)别？

　　從數據采集的(de)方式來(lái)看，傳統影(yǐng)像是通(tōng)過飛(fēi)機上搭載的(de)航攝儀對(duì)地面連續攝取相片，而後經過一系列的(de)内業處理(lǐ)得(de)到的(de)影(yǐng)像數據，獲取的(de)成果隻有地物(wù)俯視角度信息，也(yě)就是視角垂直于地面。而傾斜攝影(yǐng)測量測試通(tōng)過飛(fēi)機或無人(rén)機搭載5個(gè)相機從前、後、左、右、垂直五個(gè)方向對(duì)地物(wù)進行拍(pāi)攝，再通(tōng)過内業的(de)幾何校正、平差、多(duō)視影(yǐng)像匹配等一系列的(de)處理(lǐ)得(de)到的(de)具有地物(wù)全方位信息的(de)數據。簡單理(lǐ)解就是，影(yǐng)像上地物(wù)是在一個(gè)平面的(de)，傾斜攝影(yǐng)測量地物(wù)是具有真實高(gāo)度的(de)。

　　我們知道了(le)傾斜攝影(yǐng)數據采集的(de)方式，通(tōng)過傾斜攝影(yǐng)數據加工的(de)關鍵技術，比如多(duō)視影(yǐng)像聯合平差、多(duō)視影(yǐng)像關鍵匹配、數字表面模型生産和(hé)真正射影(yǐng)像糾正等，得(de)到地表數據更多(duō)的(de)側面信息，加上内業數據處理(lǐ)，得(de)到數據的(de)三維模型。

　　下(xià)面，小夥伴們一起來(lái)揭開傾斜攝影(yǐng)測量數據神秘的(de)面紗吧！傾斜攝影(yǐng)測量的(de)數據本質上來(lái)看是mesh模型，什(shén)麽是mesh模型呢(ne)？mesh模型就是網格面模型，它是點雲通(tōng)過一些算(suàn)法，比如區(qū)域增長(cháng)法、八叉樹算(suàn)法和(hé)波前算(suàn)法等等構成的(de)。而點雲是在同一空間參考系下(xià)用(yòng)來(lái)表示目标空間分(fēn)布和(hé)目标表面特性的(de)海量點集合。内業軟件基于幾何校正，聯合平差等處理(lǐ)流程，可(kě)計算(suàn)出基于影(yǐng)像的(de)超高(gāo)密度點雲，如下(xià)圖：

　　最後經過紋理(lǐ)映射構建真實三維模型，如下(xià)圖：

　　下(xià)面我們說說傾斜攝影(yǐng)測量常用(yòng)的(de)處理(lǐ)軟件。目前國内外比較流行的(de)傾斜攝影(yǐng)自動建模軟件如下(xià)：
　　1）VirtualGeo是一款具備最新技術的(de)三維地理(lǐ)信息可(kě)視化(huà)軟件，由全球領先的(de)虛拟現實和(hé)仿真系統産品和(hé)服務提供商法國DIGINEXT公司研發，爲各行業用(yòng)戶提供全面的(de)三維地理(lǐ)信息融合、可(kě)視化(huà)、分(fēn)析和(hé)行業應用(yòng)解決方案。目前，VirtualGeo已在法國、英國、德國、美(měi)國、澳大(dà)利亞、意大(dà)利、日本等40多(duō)個(gè)國家和(hé)衆多(duō)部門應用(yòng)，應用(yòng)領域深入國防、軍事等軍用(yòng)和(hé)城(chéng)市規劃、環保、科研、交通(tōng)規劃等民用(yòng)各個(gè)行業。

       2） 法國INFOTERRA公司的(de)像素工廠（Pixel Factory）StreetFactory子系統通(tōng)過對(duì)獲得(de)的(de)傾斜影(yǐng)像進行幾何處理(lǐ)、多(duō)視匹配、三角網構建，提取典型地物(wù)的(de)紋理(lǐ)特征，并對(duì)該紋理(lǐ)進行可(kě)視化(huà)處理(lǐ)，最終得(de)到三維模型。
　　3） 美(měi)國蘋果公司收購(gòu)C3公司所采用(yòng)自動建模技術。
　　4） 美(měi)國Pictometry公司的(de)Pictometry傾斜影(yǐng)像處理(lǐ)軟件提供了(le)EFSElectronic Field Study。
　　5） 國内有多(duō)家企業及單位對(duì)傾斜模型也(yě)有比較深入的(de)研究，形成自己獨特的(de)模型工藝流程。

　　目前網絡上可(kě)以方便找到VirtualGeo，是一款具備最新技術的(de)三維地理(lǐ)信息可(kě)視化(huà)，軟件了(le)解地址：/Products/virtualgeo21.html

　　可(kě)以用(yòng)傾斜攝影(yǐng)測量的(de)數據做(zuò)些啥呢(ne)？

　　傾斜攝影(yǐng)測量的(de)數據有這(zhè)麽多(duō)的(de)好處，比如浏覽速度快(kuài)、數據加載快(kuài)、數據精度高(gāo)、數據真實性高(gāo)、人(rén)員(yuán)成本低、和(hé)數據獲取耗時(shí)短等等，但是用(yòng)過的(de)人(rén)都知道，單體化(huà)是傾斜攝影(yǐng)測量應用(yòng)的(de)一大(dà)問題，爲什(shén)麽這(zhè)麽說呢(ne)？咱們的(de)傾斜攝影(yǐng)數據是一個(gè)整體，不像簡單模型那樣是一個(gè)或者同類對(duì)象組成的(de)，所以咱們想要傾斜模型像簡單模型那樣能夠進行查詢、分(fēn)析和(hé)編輯等功能，這(zhè)就是傾斜模型存在的(de)一個(gè)大(dà)問題。

　　那麽什(shén)麽叫單體化(huà)？我們有必要先了(le)解下(xià)這(zhè)個(gè)概念。簡單的(de)說單體化(huà)也(yě)就是獲取或者分(fēn)離一個(gè)場(chǎng)景中的(de)單個(gè)或者一類對(duì)象。怎樣獲取或者分(fēn)離呢(ne)？不同的(de)人(rén)有不同的(de)看法，比如說一些人(rén)認爲應該用(yòng)切割的(de)方式來(lái)獲取或者分(fēn)離；而則是用(yòng)矢量化(huà)的(de)方式來(lái)獲取或者分(fēn)離，這(zhè)主要是得(de)益于二三維一體化(huà)的(de)技術，将二三維的(de)矢量數據與傾斜攝影(yǐng)測量數據相結合，實現了(le)數據的(de)單體化(huà)，有了(le)這(zhè)個(gè)法寶，什(shén)麽查詢，分(fēn)析，編輯等等功能的(de)實現就水(shuǐ)到渠成了(le)。我就以這(zhè)兩種方式來(lái)談談單體化(huà)問題。

　　提倡切割的(de)人(rén)認爲，單體化(huà)單體化(huà)，不僅僅是要單體，而且還(hái)要實現分(fēn)離的(de)效果，最後把同類的(de)給分(fēn)離出來(lái)，完成分(fēn)離之後給後期基于此數據做(zuò)查詢、分(fēn)析和(hé)編輯等功能時(shí)提供方便。現在我們來(lái)看看切割出來(lái)的(de)效果：

　　上面兩張圖看來(lái)切割的(de)方式展現出來(lái)的(de)效果還(hái)蠻不錯的(de)，有條有理(lǐ)的(de)，但是當你拉近到一定程度的(de)時(shí)候效果是這(zhè)樣的(de)：

　　這(zhè)樣看來(lái)切割的(de)缺點就不言而喻了(le)，出現的(de)鋸齒狀是用(yòng)戶最不願看到的(de)，而且這(zhè)也(yě)不是傾斜攝影(yǐng)該有的(de)展示效果。這(zhè)是效果問題，那麽對(duì)于傾斜攝影(yǐng)的(de)話(huà)，我們後續還(hái)要進行數據處理(lǐ)，切割之後的(de)傾斜攝影(yǐng)要替換人(rén)工精細建模的(de)時(shí)候， 如何才能把鋸齒狀邊緣與精細模型的(de)邊緣對(duì)接上去，使它們能夠達到無縫結合？要隐藏某種地物(wù)的(de)時(shí)候露出鋸齒狀的(de)空洞，該如何解決？而且這(zhè)樣切割之後，也(yě)抛棄了(le)傾斜攝影(yǐng)數據自帶的(de)LOD的(de)優點，導緻GIS平台隻能用(yòng)按照(zhào)普通(tōng)模型的(de)方法來(lái)構建LOD。這(zhè)些都應該是 “切割工程師”需要考慮的(de)。

　　說完了(le)切割咱們來(lái)一起來(lái)探討(tǎo)下(xià)矢量化(huà)的(de)方式，何謂矢量化(huà)？矢量化(huà)則是用(yòng)簡單的(de)面數據，通(tōng)過貼附的(de)方式展現在傾斜攝影(yǐng)模型數據上，在保證效果、不破壞原始數據和(hé)LOD的(de)同時(shí)，最大(dà)的(de)好處還(hái)在于它打通(tōng)了(le)基于三維的(de)傾斜攝影(yǐng)與基于二維的(de)矢量面之間的(de)關鍵“關卡”，實現三維和(hé)二維GIS的(de)完美(měi)一體化(huà)。現在我就給大(dà)家帶來(lái)大(dà)神做(zuò)的(de)矢量化(huà)的(de)單體化(huà)的(de)效果圖：

　　看到了(le)這(zhè)樣的(de)效果，小夥伴們是怎樣想的(de)呢(ne)？上面咱們介紹了(le)單體化(huà)的(de)内容，現在咱們來(lái)說說矢量化(huà)解決了(le)傾斜攝影(yǐng)數據的(de)一個(gè)重大(dà)問題水(shuǐ)面“破洞”現象，“破洞”是由于水(shuǐ)面的(de)高(gāo)反射現象使得(de)相機在獲取水(shuǐ)面信息的(de)時(shí)候被“緻盲”了(le)，使得(de)那片區(qū)域的(de)信息不準确。下(xià)面咱們來(lái)看看修補前後的(de)效果圖：

　　彌補的(de)還(hái)不止一個(gè)傾斜攝影(yǐng)數據本身的(de)問題，比如樹的(de)還(hái)原度不高(gāo)等問題。大(dà)家都知道相機是有拍(pāi)攝盲區(qū)，比如立交橋的(de)下(xià)面，建築的(de)屋檐下(xià)面，這(zhè)些被遮擋的(de)地方，而這(zhè)盲區(qū)也(yě)是不可(kě)避免的(de)，就像人(rén)的(de)眼睛不能看到遮擋物(wù)後面的(de)區(qū)域，這(zhè)片區(qū)域就是我們所謂的(de)盲區(qū) 。對(duì)于這(zhè)個(gè)區(qū)域目前各個(gè)公司有不同的(de)想法，目前聽(tīng)來(lái)，才疏學淺的(de)我覺得(de)，傾斜攝影(yǐng)測量+街(jiē)景的(de)想法很靠譜，既可(kě)以利用(yòng)現有的(de)資源，同時(shí)還(hái)能彌補互相的(de)不足 ，不過街(jiē)景數據的(de)覆蓋程度和(hé)數據更新的(de)算(suàn)法也(yě)是個(gè)問題，那就讓我們拭目以待。下(xià)面這(zhè)幅圖就給大(dà)家說明(míng)了(le)相機盲區(qū)和(hé)樹的(de)還(hái)原度問題。

　　在我看來(lái)，傾斜數據的(de)價值還(hái)需要挖掘，它能提供給我們的(de)價值遠(yuǎn)不止目前看到的(de)，随之數據精度的(de)不斷提高(gāo)，采集速度的(de)加快(kuài)，有可(kě)能在未來(lái)的(de)某一天，傾斜攝影(yǐng)測量的(de)數據可(kě)能會成爲人(rén)們了(le)解現實環境的(de)重要手段。

　　但是猶如上文提及到的(de)一系列功能模塊，我們也(yě)可(kě)以看到傾斜攝影(yǐng)的(de)一些缺陷：比如傾斜攝影(yǐng)相機的(de)盲點區(qū)域，比如立交橋下(xià)、房(fáng)屋遮擋處；水(shuǐ)面的(de)“破洞”現象；不規則模型的(de)還(hái)原度不高(gāo)，比如說樹等等，造成這(zhè)些缺陷的(de)主要原因還(hái)在于傾斜攝影(yǐng)相機的(de)拍(pāi)攝技巧、硬件、還(hái)原模型的(de)計算(suàn)方式等因素。在這(zhè)裏我也(yě)希望大(dà)家一起努力的(de)學習(xí)把傾斜攝影(yǐng)這(zhè)個(gè)技術提升到一個(gè)新的(de)高(gāo)度，也(yě)讓我們的(de)數字化(huà)城(chéng)市、數字化(huà)地球更加真實、漂亮、更具觀賞性。未來(lái)是咱們的(de)！

文章(zhāng)轉載于超圖

作者：翔翔