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消费级无人机1:500倾斜摄影三维测图的技术流程

时间:2020-2-14 19:14:04栏目:倾斜摄影点击数(0)已有0人评论 加入收藏

  倾斜摄影技术是目前测绘遥感领域新兴发展的一项高新技术,融合了传统的航空摄影、近景摄影测量、计算机视觉技术,突破了正射影像成果不得不从航空垂直地面的角度摄影获取的限制,可以在飞行平台同时搭载多台传感器,同时从垂直、前视、后视、左视、右视共5个角度采集影像,获取地形地貌完整与精确信息。但是,目前采集倾斜影像的设备主要为五镜头合成相机,飞行平台是体积相对较大的无人机机型,不但价格昂贵,而且操控复杂、飞行风险较大,难以普及应用。消费级无人机的出现与普及,为倾斜影像采集与三维模型构建,并应用于大比例尺三维测图带来良好的契机。

  01

  实景三维测图技术流程

  利用倾斜影像进行三维测图技术主要包括数据 采集( 影像采集、像控点测量) 、空中三角测量、多视影像密集点匹配、数字表面模型数据生成、纹理贴合、实景三维建模、三维测图及外业调绘与补测等步骤。其中,最关键步骤是通过空中三角测量解算出像片的外方位元素,在此基础上,通过多视影像密集匹配算法获得点云,并纹理贴合生成三维模型,最后进行三维测图。三维测图技术流程如图 1 所示。

  图 1 实景三维测图技术流

  02

  实例分析

  本文试验实例为广东某糖厂计划拆迁的厂区1:500 地形图测量,范围约 500 m×400 m,面积约 0.2 km2。

  2.1 消费级无人机倾斜影像采集系统

  目前用于测绘的无人机种类众多,有固定翼无人机、旋翼无人机和复合翼无人机等多种机型,具有不同特点及其适用领域。多旋翼无人机起降、飞行速度与高度可操控性高,且可低空飞行,适合用于倾斜摄影数据获取。本文试验选用四旋翼无人机 DJI Phantom 4pro。

  DJI Phantom 4pro 无人机由飞行器、云台相机、 遥控器及安装飞控软件的平板电脑( 或智能手机) 组成,其主要技术参数见表1。

  表 1 DJI Phantom 4pro 主要技术参数

  2.2 数据采集

  2.2.1 地面像控点布设

  航空摄影之前,在试验区域进行像控点布设与测量,用于内业空中三角测量解算及三维模型精度检验。在试验区域内选择道路边线或中线交叉点、 道路标记线等作为像控点,采用 GNSS RTK 测量方 法测出其坐标,为了满足试验要求,测量精度须达到 厘米级。本次试验共测量 15 个像控点,其中10个像控点成果用于空中三角测量解算,另外5个像控 点成果用于三维模型精度验证,如图 2 所示。

  图 2 像控点布设

  2.2.2 航线设计与无人机影像采集

  试验采用研究团队基于 DJI-SDK 自主开发的无 人机地面控制软件进行航线设计。飞行前在飞行控制软件上规划航拍区域,设定飞行高度、优化计算与否、相机倾角及影像重叠度等参数,根据优化算 法软件自动生成 1 次正射和 2 次倾斜摄影的优化飞 行规划航线,并自动预估航时,根据需要智能续飞 ( 如图 3 所示) 。本次试验航飞相对高度 100 m,地面分辨率 2.99 cm,旁向重叠度 75%,航向重叠度80%,共采集1533张影像。DJI Phantom 4pro 无人机只有一个镜头,为了实 现跟专业五镜头相似的效果,需要由软件控制调动 镜头角度,垂直、前、后、左、右分别对建筑物航拍 5 遍,实现倾斜摄影数据采集。以厂房所在的烟囱 为中心示意,垂直向下镜头采集影像与倾斜角度采 集影像数据对比如图 4 所示。

  图 3 飞行航线设计

  图 4 以烟囱为中心多视影像

  2.3 全自动快速三维模型构建

  倾斜摄影测量技术通常包括影像预处理、空中三角测量、多视影像匹配、DSM 生成、真正射纠正和三维建模等关键内容。本次试验三维模型构建采用 ContextCapture 软件,将获取到的符合建模要 求重叠度的航空影像进行预处理,并导入 ContextCapture 软件,均匀挑选出一定数量的野外控 制点,软件则自动匹配运算,进行三维模型生产。

  2.3.1 空中三角测量

  在 ContextCapture 自动建模系统中加载测区影像,人工给定一定数量的控制点,软件空中三角测量 中的平差方法采用光束法区域网平差,其原理是以一张像片的一束光线作为平差单元,以中心投影共 线方程作为基础方程,通过计算各光束在空间中转换参数,实现各模型间公共光线的最佳交会,把整体区域纳入地面坐标系中,恢复地物空间位置关系。空中三角测量结果如图 5 所示。

  图 5 空中三角测量结果

  2.3.2 影像密集匹配

  软件采用高精度密集匹配技术,对所有影像中同 名点进行自动匹配。为了更加精确表达地形地物细 节,提取更多特征点构成密集点云。地形地物越复杂、越密集的地方,点密度越高; 反之,则相对稀疏。

  2.3.3 纹理映射

  通过空中三角测量解算和影像密集匹配后,所有影像之间的点云可计算构成三角格网TIN,再由三角格网 TIN 构成白模型,软件从影像中提取相对应纹理,并将纹理自动映射到对应的白模型上,形成实景三维模型,如图 6 所示。

  图 6 实景三维模型

  2.4 三维测图

  本文试验采用 SV360 智能三维测图系统进行 地形图测量。SV360 操作简便,建立工程项目,导入三维模型后,设置相应的参数,由作业员在三维模型 基础上进行点、线、面采集,按要求设定图层并赋属性信息,如图 7 所示。内业采集编辑完成后,还需对 未能确认的属性与遮挡部分等内容进行外业调绘与补测。

  图 7 地形线划采集

  2.5 精度分析

  成果完成后,主要采用人机交互检查方式对试验区域的测图成果进行质量检查,本文试验主要对 平面精度进行检查。

  ( 1) 实景三维模型精度验证。实景三维模型生 产完毕后,将未参与空中三角测量的像控点作为模 型检核点,检查三维模型精度,最终检查结果为: X 方向平均误差为 0.0069 m,Y 方向平均误差为 0.0045 m,达到试验精度要求。

  ( 2) 测图成果精度验证。选取建( 构) 筑、道路、附属设施等地物要素,采用 GNSS RTK 测量方法 实地采集检查点坐标,与测图成果进行比较,经符合 要求的粗差剔除后,最终检查结果为: 平面中误差为 ±0.0654 m,成果满足《CH /T 9008.1—2010 基础地理信息数字成果1:500、1 :1000、1 :2000 数字线 划图》中 1:500 地形图精度要求。

  武汉翼飞智能提供以下服务:

  1、倾斜摄影技术实物教材课本38.9元

  2、专业倾斜摄影五镜头相机4万8千元

  3、无人机AOPA培训6800元

  4、承接全国倾斜摄影实景三维建模航测

  咨询电话&微信:18771937458

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全国无人机项目咨询电话:400-765-6781
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