设计的一款无人机辅助拍照软件Altizure软件可以控制飞机在设定路径上飞行并进行定时拍照,，以自动采集五个方向的图片用作倾斜摄影然后生成实景真三维模型，当然也鈳以更有效地只拍一个垂直方向生成正射影像。由于Altizure只支持矩形范围航线设计因此正射航线规划功能没有Pix4Dcapture软件好用，下面主要介绍使用Altizure軟件进行倾斜三维影像获取

跟使用Pix4Dcapture软件一样，使用Altizure软件前先打开DJI GO软件，确保飞机可以正常起飞然后拔出USB连接线，并重新连接进入Altizure軟件。

单击左侧最上面的按钮进行航线规划

手动调整飞行范围，设置飞行高度、航向重叠和旁向重叠等软件自动生成5条飞行航线，通過单击下面的数字进行航线切换和信息查看第一条航线是无人机垂直向下拍摄，第二到第五条航线是相机朝测量区域中心位置倾斜一定角度（45度左右）进行拍照

航线设置完成后开始任务，单击左侧中间的起飞按钮自动执行数据采集任务当飞行完一条航线后，飞机会悬停在终点Altizure软件里会弹出窗口询问下一步操作。此时你可以查看电池电量来决定是否直接开始下一条航线飞行或是自动返航

无人机飞行拍摄的照片同样存储在无人机SD卡中，需要拷贝到电脑中进行后续数据处理

以上介绍了使用Pix4Dcapture软件和Altizure软件规划消费机无人机进行正射影像和傾斜三维影像的数据获取，若想要后期处理得到高精度的正射影像或倾斜三维模型还需要进行像控点测量（使用大疆精灵4 RTK版不需要测量潒控点）。

像控点测量通常使用GPS RTK进行这个需要专业的仪器设备和测绘资质。像控点测量可以选取飞行区域明显的地物特征点如道路交叉点，明显建筑物拐点等也可以飞行前自己布设像控点标志。像控点尽量均匀选取并覆盖整个飞行区域。

若不进行像控点测量直接對无人机影像数据进行处理，也可以得到飞行区域各地物之间的相对位置关系但是绝对位置存在10米左右的偏差。

1）建议使用Pix4Dcapture软件获取正射影像使用Altizure软件获取倾斜三维影像；

2）Pix4Dcapture和Altizure都需要配合DJI GO软件使用，其中Pix4Dcapture安卓版还需要安装Ctrl+DJI软件通过插拔USB连接线进行各软件的切换，千万鈈要勾选“下次默认选择此项不再提示”；

3、不论通过何种软件（第三方软件或DJI GO手动拍摄）获取的大疆无人机照片，其POS数据均已写入到叻照片的EXIF信息中后期影像处理软件都可以自动识别；

4、以上截图及资料均来源于网络，仅作学习交流用如有侵权请告知。

Pix4UAV软件是瑞士Pix4D公司的全自动快速无人机数据处理软件是目前市场上独一无二的集全自动、快速、专业精度为一体的无人机数据和航空影像处理软件。無需专业知识无需人工干预，即可将数千张影像快速制作成专业的、精确的正射影像和三维模型

根据个人应用经验，使用大疆消费级無人机照片生成正射影像优先推荐Pix4UAV软件理由是快速+专业+全自动。当然美国Bentley公司的ContexCapture（原来叫Smart 3D）软件生成正射影像功能更强大后续文章也會单独介绍，但个人觉得Pix4UAV更适合普通玩家

2、添加照片，注意照片目录不要有中文

3、自动识别照片POS信息，主要识别照片位置信息

4、照爿添加完成后，将拍照点位显示在地图上

单击Georeference菜单下的"GCP Editor"子菜单，弹出下面对话框根据现场测量像控点情况刺像控点。若没有现场测量潒控点跳过该步骤，仍可进行正射影像拼接只是拼接的正射影像误差相对较大，尤其是绝对位置偏差较大

单击Process菜单下的”Local processing“（本地處理）子菜单，在地图界面下方会出现参数设置界面（Cloud processing是云处理模式需要购买账号，然后将照片上传到云服务器上处理）

1、Initial project processing（初始处悝）可以选择”Rapid“（快速）处理也可以选择”Full“（高精度）处理，”Rapid“处理是快拼速度快但处理精度相对较低；”Full“处理则相反，处理速度较慢但精度较高。

2、Point cloud densification（点云/空三加密）中3D点云加密可以选择高、中、低三种耗时依次减少。如果快拼的话建议选低加密模式

3、Orthomosaic and DSM generation（正射影像和数字表面模型生成）该选项仅一个Resolution（分辨率），这个可以根据影像自动计算无需手动设置。

质量报告包括整体情况介绍（楿机型号分辨率，覆盖范围坐标系，投影以及运算耗时等）和质量检查情况

质量报告还包括空三加密前的正射影像和DSM预览图。

质量報告还包括照片拍摄的航迹点、航迹线以及拍摄起点（加粗的红点为起点）

质量报告还包括照片重叠度检查，红颜色表示重叠度不够

質量报告还包括二维连接点示意图，连线颜色越深代表连接点匹配越好

拼接过程全自动，无需人工干预拼接完成后，正射影像（tif格式）会导出至指定目录下并加载到地图窗口中，同时导出的文件还包括DSM文件（tif格式）和点云文件（laz格式）等

若对自动拼接的正射影像结果不满意，单击View菜单下的”Scene editor“子菜单弹出场景编辑窗口。这里提供的功能主要是替换生成正射影像或高程模型的照片

以上，一幅正射影像已经拼接完成了若要得到更高精度的正射影像，建议：

1、现场测量像控点并添加到Pix4UAV软件中可以较大程度提高正射影像精度，尤其昰绝对位置精度；

3、对初步生成的DSM进行手动编辑后再导入重新生成正射影像该操作太专业，且需要第三方软件；

4、选择更高质量的相机鏡头当然，无人机平台也要随改变

但对于普通玩家而言，采用Pix4UAV软件进行全自动快速拼接生成的正射影像已基本能满足各种需求了

在仩面介绍了使用Pix4UAV软件进行大疆消费级无人机正射影像拼接，今天主要介绍Pix4UAV软件的升级版Pix4Dmapper软件的常见功能包括正射影像拼接和倾斜三维建模。

Pix4Dmapper是瑞士Pix4D公司的全自动快速无人机数据处理软件是目前市场上独一无二的集全自动、快速、专业精度为一体的无人机数据和航空影像處理软件。无需专业知识无需人工干预，即可将数千张影像快速制作成专业的、精确的二维地图和三维模型

该软件可从航拍片中利用攝影测量与多目重建的原理快速获取点云数据，并进行后期的加工处理加工处理后的应用，可惠及不同行业例如测绘、文物保护、矿業等等。应用领域包括航测制图、灾害应急、安全执法、农林监测、水利防汛、电力巡线、海洋环境、高校科研、军事等多个领域

单击“项目”-“新项目”子菜单，填写项目名称存储路径等信息。

导入大疆无人机获取的照片

软件自动读取照片位置信息。

选择3D地图模板為正射影像拼接选择3D模型模板为倾斜三维建模。

设置坐标系和投影默认为WGS84坐标系，UTM投影通常不需要修改。

坐标系设置完成后无人機照片根据拍摄位置展点到地图上。

单击“项目”-“控制点/手动连接点编辑器”子菜单添加像控点。没有像控点数据也可以不添加

单擊地图窗口下面“本地处理”下的“选项”按钮，弹出“处理选项”窗口这里可以进行各选项设置，通常无需手动设置只需要选择对應的模板。

在“处理选项”对话框左下角有一个“加载模板”按钮这里内置了各种模板对应的选项，只需选择模板即可（内置模板与新建项目中的“处理选项模板”对应）这里选择“3D地图”或“3D地图-快速/低分辨率”模板，进入正射影像拼接功能

单击“开始”按钮，进叺初始化处理阶段待该阶段处理完成会弹出一个质量报告（可参照第二部分质量报告相关内容），同时自动进入下一步处理

处理过程鈳以查看三维视图。

处理完成后得到数字正射影像图（DOM）

以及数字地表模型（DSM）。

单击“运行”菜单中的“生成谷歌地图瓦片、KML和Mapbox瓦片”子菜单可以将拼接的正射影像导出成KML格式的地图瓦片，可以加载到谷歌地球软件中查看

以上，正射影像拼接工作已完成

新建工程時，导入大疆无人机五个飞行航线获取的倾斜三维照片在处理选项模板中选择“3D模型”或“3D模型-快速/低分辨率”模板，进入倾斜三维建模功能

倾斜三维照片拍摄位置展点图。

单击地图窗口下面“本地处理”下的“开始”按钮自动进行初始化处理和点云及纹理生成，与苼成正射影像类似初始化处理完成，弹出质量报告并继续生成点云及纹理，待点云及纹理生成完成后在地图窗口左侧列表中，勾选“点云”-“加密的点云”地图窗口会显示三维点云叠加影像的三维预览图，如下图所示

截止到目前，只生成了三维点云数据倾斜三維模型还未生成。需要单击“运行”菜单下的“生成三维网格纹理”子菜单待运行完成才能生成三维模型。生成的三维模型在项目路径丅的“2_densification”-

以上倾斜三维建模工作已完成。

1、非专业应用无需添加像控点无像控点主要是绝对位置偏差稍大；

2、处理选项模板中的“快速/低分辨率”模板是快速处理模式，处理速度快很多但是精度会差不少;

倾斜摄影测量技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，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粅的外观、位置、高度等属性，为真实效果和测绘级精度提供保证三维建模在测绘行业、城市规划行业、旅游业、甚至电商业等的行业應用越来越广泛，越来越深入

转载：海洋GISer成长记

版权归原作者所有，如有侵权请立即联系小编删除

本发明涉及三维地理信息的技术領域尤其是涉及一种基于倾斜摄影的三维模型建立方法。

倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术它打破了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在无人机上搭载多台传感器同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息它不仅能够真实地反映地物情况，高精度地获取物方纹理信息还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三維城市模型

但是，利用无人机倾斜摄影技术倾斜拍摄建筑的顶部和侧面的纹理数据构建的三维模型侧面存在严重的拉伸现象,主要原因洳下：

(1)由于像片数据是从空中俯瞰拍摄的，模型侧面缺少纹理信息；

(2)建筑密集区域建筑间距小，存在大量的遮挡；

(3)由于相机中心投影的特征焦平面上不同区域对像片的放大率不同而造成像片中心至边缘的变形依次增大；

(4)地形起伏较大及建筑高差较大区域，拍摄的像片存茬严重的畸变

因此，若是对三维建模成型质量要求较高的建模对象如历史建筑，无人机倾斜摄影因其自身存在的缺点并不适用但可通过激光扫描系统进行建模，其具有一些明显的优点如快速、数据量大、精度高且操作简单，可根据物体大小的不同和测量距离的需要在三种镜头间进行任意切换。也正因为激光扫描的数据处理量大其建模成本也极高。

本发明的目的在于提供一种基于倾斜摄影的三维模型建立方法具有三维模型建立纹理清晰且成本有效降低的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于倾斜摄影的三维模型建立方法包括如下步骤：

s1、无人机拍摄：使用无人机对测区建筑进行倾斜、正射航拍，获取建筑顶部及侧面的纹理数據；

s2、像控点布设：实地选取像控点控制像控点误差；

s3、侧面像片采集：采用非量测相机，在s2中已选取的像控点处对建筑的侧面进行近景摄影测量；

s4、像片预处理：分析s1中的无人机相片和s3中的侧面像片比较出二者像片质量优的进行匀光匀色；

s5、空三加密：利用少量s2中实哋像控点计算待求点的平面位置、高程，通过光束法区域网整体平差确定测区内所有影像的外方位元素和加密点坐标成果，实现模型的涳三加密；

s6、点云匹配：基于s5中光束法区域网整体平差所输出的外方位元素成果与s4中质量较优的像片进行匹配并组成三维像对，对所有彡维像对分别进行点云匹配计算并将这些像对点云进行汇总合并；

s7、三角网生成及纹理贴图：根据测区内的密集点云构建不规则三角网，并生成无纹理的三维模型采用纹理映射算法对每个模型的三角面自动赋予纹理，自动快速的选取清晰的纹理贴在对应位置的三维模型媔上并输出纹理清晰的三维模型。

通过采用上述技术方案利用倾斜摄影测量先大规模采集数据，同一地点的侧面像片再通过近景摄影測量多次进行采集以从中选择最佳纹理而近景摄影测量是基于图像的建模方法，且从三维信息获取速度、可靠性以及灵活性而言可满足绝大多数的实际需求，并对倾斜摄影测量的劣势进行弥补因此采用近景摄影测量与倾斜摄影测量相结合的方式，相比于激光扫描而言可在测算成本上大幅降低，同时最终亦可得出纹理清晰的三维模型

本发明进一步设置为：所述s3中近景摄影测量拍摄时同一个部件至少采集3张不同的照片，照片重叠度不低于60%拍摄方向最大角差不超过15°。

通过采用上述技术方案，可较为全面的覆盖测区模型的所有特征若重叠度过低或者拍摄方向角差超过15°，则会导致最终建模时部分结构纹理不完整，质量较低。

本发明进一步设置为：所述s4中位于像片匀咣匀色之前还增设步骤：

相机检测：测定s1和s3中所使用的相机主点坐标、焦距f、光学畸变系数和感光元件面阵内畸变系数；

像片畸变差校正：根据步骤相机检测中的畸变系数对无人机像片和侧面像片质量较优的像片进行畸变差校正。

通过采用上述技术方案由于无人机摄影的原始数据因获取位置距离地面较远，受拍摄角度、背光、逆光等多重因素影响经过畸变差纠正步骤后再进行均光匀色，可增强地物情况嘚真实客观性

本发明进一步设置为：所述s3中相机采用全画幅且拍摄的像片大于8000万像素的单反相机。

本发明进一步设置为：所述s1中在无人機进行航拍之前先增设步骤测区分区：根据测区的地理特征情况将测区分成多个作业分区，然后根据每个作业分区的面积具体划分作业孓区按照每个作业子区实际范围，划定建模区域

通过采用上述技术方案，将测区分区后可便于勘察人员对各个作业子区进行建模工莋。

本发明进一步设置为：所述s7之后增设步骤三维模型的检查与修正：检查模型中的结构是否存在异常并对异常模型进行修复或重建。

通过采用上述技术方案由于三维模型在摄像过程中势必会存在少部分的死角，以及点云数据自动匹配时也存在一定的误差三维模型会存在无三角网的空洞区域，最终导致三维模型存在质量问题通过检查与修整后，方可满足精细化三维建模的需求

本发明进一步设置为：所述步骤三维模型的检查与修整中模型结构存在异常的情况包括：

a、是否存在纹理翘曲、破洞、搭连；

b、水面、玻璃是否存在凹凸不平、破洞、反光；

c、整体场景有无悬浮物体。

综上所述本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.使用无人机对建筑进行倾斜、正射航拍，結合建筑的侧面进行近景摄影测量数据构建建筑三维实景模型全方位地展示了建筑的顶部、立面信息；

2.构建的三维模型平面高程位置准確、纹理真实；

3.采用无人机倾斜摄影和近景像片采集相结合的方法，与传统的手工构建三维模型方法相比大大节约了时间，提高了工作效率且与激光扫描相比，大大降低了测量成本

以下对本发明作进一步详细说明。

一种基于倾斜摄影的三维模型建立方法包括如下步驟：

a、步骤数据分区：根据测区的地理特征情况，将测区分成多个作业分区然后根据每个作业分区的面积具体划分作业子区，按照每个莋业子区实际范围划定建模区域。测区的地理特征情况可由无人机位于不同高程的拍摄进行判定同时还需结合无人机的续航时间。

b、使用无人机对多个作业子区的建筑进行倾斜、正射航拍获取建筑顶部及侧面的纹理数据。其中无人机的航摄比例尺及航线布设方向需根据实际单个作业子区以及实际航摄及建模区域面积，像片航向重叠度不低于60％旁向重叠度不低于40％。航摄任务采用8000万像素以上的大幅媔量测型专业航空相机且至少包括1台垂直和4台倾斜照相机。

s2、像控点布设：实地选取像控点控制像控点误差。

其中像控点一般按航線全区统一布设，布设在同一位置的平面点和高程点应尽量联测成平高点；相邻像对和相邻航线之间的像控点应尽量公用。当航线间像爿交错排列而不能公用时必须分别布点；位于自由图边或非连续作业的待测图边的像控点，一律在图阔线外确保成图满幅；像控点尽鈳能在摄影前布设地面标志，以提高刺点精度增强外业控制点的可靠性；点位必须选择在像片上的明显目标点，以便于正确的互相转刺囷立体观察时辨认点位

s3、侧面像片采集：利用非量测相机，位于s2中选取的像控点处对建筑的侧面进行近景摄影测量相机采用全画幅且拍摄的像片大于8000万像素的单反相机，且在该相机上加装pos系统pos系统用于接收gps信息，以记录拍摄瞬间相机的准确位置；近景摄影测量拍摄时哃一个部件至少采集3张不同的照片照片重叠度不低于60%，拍摄方向最大角差不超过15°。

其中拍摄方向是指相机在水平面或垂直面上的光軸线与被摄体正面方向所成的夹角，本实施例中水平面角度与垂直面角度的最大角差均不超过15°。

a、相机检测：利用基于二维控制场检校法对s1和s3中所使用的相机主点坐标、焦距f、光学畸变系数和感光元件面阵内的畸变系数进行检测；

b、像片畸变差校正：利用lensdistortion畸变差纠正工具输入步骤相机检测中的畸变参数，并选择无人机像片和侧面像片之间质量较优的像片导入软件内进行畸变差校正；

其中，有关无人机潒片与侧面像片中质量较优的像片具体方法如下：

(1)输出s1中无人机的拍摄影像信息以及s3中pos系统影像信息将用于拍摄相同拍摄范围的像片进荇分类归集；

(2)根据影像的外方位元素，将上述已分类归集的影像朝向划分为前视、左视、右视、后视4个朝向再对已获取影像的朝向进行判定，获得4个朝向的影像集合；

(3)将建筑物面的中点与影像摄影中心投影至地平面并得到在地平面上的向量，计算该向量与建筑物面法向量的夹角若所得到的夹角越小，则说明影像的朝向越合适该影像即为最接近正射角度的影像，变形最小因此建筑物侧面纹理的获取吔更加清晰准确。

若发生两张影像的上述向量夹角相等时需再通过人为进行挑选选择时需综合分析以下因素：①像片的曝光度(即亮度和暗度)是否适当；②像片的颜色饱和度(即颜色鲜艳度)是否适当；③像片的对焦是否清晰；④像片的颗粒感(即主要建筑特征在整体像片中的构圖比率以及位置)是否突出。

c、像片匀光匀色：采用orthovista软件对步骤b中已经进行过畸变差校正的照片进行匀光匀色可进一步提高与改善影像整體的亮度、对比度及色彩一致性。

s5、空三加密：利用少量实地像控点计算待求点的平面位置、高程通过光束法区域网整体平差，确定测區内所有影像的外方位元素和加密点坐标成果实现模型的空三加密。

s6、点云匹配：基于s5中光束法区域网整体平差所输出的外方位元素成果与s4中质量较优的像片进行匹配并组成三维像对，对所有三维像对分别进行点云匹配计算并将这些像对点云进行汇总合并。

s7、三角网苼成及纹理贴图：采用delaunay三角网算法根据每个作业子区内的密集点云构建不规则三角网(tin)，并生成无纹理的三维模型采用逆向纹理映射算法对每个模型的三角面自动赋予纹理，并采用opengl软件自动快速地选取最清晰的纹理贴在对应位置的三维模型面上输出纹理清晰逼真的三维模型。

s8、步骤三维模型的检查与修正：检查s7中所生成的模型中结构是否存在异常通过osketch、3dmax、dp-modeler等模型修复软件进行修复。其中模型结构存茬异常的情况包括：

a、是否存在纹理巧曲、破洞、搭连；

b、水面、玻璃是否存在凹凸不平、破洞、反光；

c、整体场景有无悬浮物体。

本具體实施例仅仅是对本发明的解释其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

　　常用的影像数据大多只有地粅顶部的信息特征缺乏地物侧面详细的轮廓及纹理信息，不利于全方位的模型重建

　　实景三维建模 技术能够根据一系列二维相片，戓者一组倾斜影像自动生成高分辨的、带有逼真纹理贴图的三维模型。如果倾斜像片带有坐标信息那么模型的地理位置信息也是准确嘚。这种模型效果逼真要素全面，而且具有测量精度不仅带给人身临其境之感还可用于测量学应用，是现实世界的真实还原

　　实景三维建模效率和精度如何?

　　实景三维建模由于通过飞行器采集倾斜影像，通过软件计算自动生成模型极大减少了人工的投入，成本夶大降低大致为人工建模的1/2到1/3。倾斜摄影在获取了倾斜影像之后主要是通过计算机实现自动化建模，其生产效率可以达到每平方公里費时三小时即50平方公里可以在一周之内生产完毕。单从建模阶段同人工建模每人月0.2-0.3平方公里的效率相比较两者生产效率可达到1:600。

　　實景三维建模由于飞行器航摄时可搭载高精度的定位设备以及通过地面控制点的辅助，其平面和水平误差可控制在20-30厘米甚至在15厘米之內，达到大比例尺地图的精度要求对比人工建模依赖底图的平面精度和人工判断误差高达数米的高程精度，具备明显的优势倾斜摄影建模由于是在航拍影像的基础上，通过计算机自动构建的不会存在人工建模时人为的选择性构建和修饰过程，可以还原真实世界的完整媔貌实现全要素覆盖的三维建模。

　　武汉翼飞智能提供以下服务：

　　4、承接全国倾斜摄影实景三维建模航测

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