無人機傾斜攝影測量影像處理與三維建模分析

文/王文州

隨著經濟社會的快速發展以及城市化的不斷推進，如何優化城鄉未來規劃、提供細致的參考內容已成為從業者需要面對的重要挑戰。本文以無人機傾斜攝影測量影響技術的主要優勢與特點作為切入，分別基于特征提取以及影響匹配兩方面對無人機傾斜攝影影像處理要點進行了分析，同時從空三測量、點云生成、數據優化、修復模型以及數據儲存等角度對無人機傾斜攝影下的三維建模流程進行了闡述，以期為相關從業者提供參考。

近年來，無人機技術以及攝影攝像技術得到了快速發展，無人機傾斜攝影測量技術應運而生，這一技術以無人機作為飛行平臺，以傾斜攝影相機作為主要任務設備，從而實現航空影像獲取的目標，相關技術人員應當充分認識到無人機傾斜攝影測量技術在城市規劃、應急測繪、國土資源管理、環境保護等相關領域當中的應用價值，并積極優化其技術流程，使其能夠發揮出更加積極的作用。

無人機傾斜攝影測量影像技術的主要優勢與特點

提供多元化的觀察視角

在傳統的航空攝影以及飛行測量過程當中，受到技術因素以及成本因素的影響，大多選用垂直角度的拍攝方式，導致對地物以及拍攝對象的觀察角度較為單一，影響了最終的拍攝與測量效果。而以無人機作為拍攝飛行平臺，以傾斜相機作為圖像采集設備對地物目標點進行觀測，能夠從更加多元化的視角進行信息的收集，使圖像能夠更加真實客觀地反映出地面觀測目標的實際情況，使傳統的正射攝影測量技術的短板得到有效補充，提升了測量結果的準確度。

能夠對單張影像進行量測計算

在城市規劃、應急測繪以及環境保護等相關領域當中，對于影像成果當中所涉及的參數提出了較高的要求，其中包括目標點位的高度、長度、面積、角度、坡度以及堆積體體積等等，基于無人機傾斜攝影測量影像技術的應用，能夠較為準確地獲知目標地物的上述信息，并針對單張影像當中的數據進行核算統計，相機之間能夠通過特定裝置實現時間與數據的實時同步，加快影像數據處理進度。

整體數據量較小

相較于以往三維GIS 等技術手段進行的地物測量工作而言，無人機傾斜攝影測量影像技術應用過程當中所產生的整體數據量較為有限，便于技術團隊通過網絡渠道進行傳播與發布，有效提升了測量數據的可讀性，使其能夠在更加廣泛的領域得到運用。

作業較為便捷靈活

基于上文可知，依托無人機傾斜攝影技術開展拍攝測繪作業，所需的設備器材主要包括飛行平臺無人機、圖像采集設備傾斜相機以及圖像處理計算機系統等等，其系統架構較為簡潔，技術要求較低，作業流程較為便捷靈活，攝影測量成本較為低廉，便于進行技術普及與推廣。

無人機傾斜攝影影像處理要點

為確保無人機平臺下傾斜攝影影像處理效果，保障最終獲取到的數據信息的準確可靠，相關技術團隊應當關注到以下幾方面技術要點。

特征提取

在影像處理工作的開展過程當中，立足于圖像拍攝的實際情況對其技術特征進行提取對強化影像處理效率具有至關重要的作用。常用的無人機傾斜攝影影像特征提取策略主要包括下列幾種。

首先是對光譜特征的提取，在針對地物目標進行的傾斜攝影以及測量工作的同時，目標部位的光學特征往往也會通過一定途徑進行表現。通常來說，不同類別、形態以及材質的物體在光譜特征的表現層面也會展現出一定的差異，其亮度規律各有不同，因此技術人員能夠通過特定波段當中圖像的亮度表現以及光譜特征表現對其進行類別歸納與劃分，從而便于后續的辨識、測量與數據處理工作。

其次是對紋理特征的提取，在無人機搭載的傾斜相機當中，地物目標可能會以一定的規律表現出相應的圖案，這一圖案受地物目標形態、結構以及具體材質的影響較為明顯，是圖像特征的另一項重要表現，因此在針對無人機傾斜攝影影像進行處理的同時，技術人員還應將圖像的紋理特征作為重點進行統計，使圖像當中的區域化特征、灰度布局以及環境特點等信息都能夠得到相應展現。

最后是按照圖像測量目標要求進行的特征提取工作。在無人機傾斜攝影測量技術的應用過程當中，由于其測量目標以及攝影對象存在一定的差別，因此其特征表現情況以及特征提取同樣也各有不同，因此在特征提取的同時，相關技術團隊以及影像處理人員還應當明確不同形態與不同領域的圖像處理要求，進而保障圖像特征提取的準確性與實用性。

影像匹配

雖然無人機傾斜攝影測量技術在應用便捷性、觀察視角多元性以及測量成本等方面具備廣泛的優勢，但由于其整個測量系統架構的影響，其作業過程當中往往會受到外界環境的大幅沖擊與影響，最終獲取到的圖像信息以及測量數據也會產生一定的偏差。因此，為進一步改進無人機傾斜攝影測量技術所面臨的不足和風險，保障圖像信息的準確細致和可靠，工作人員以及技術團隊還應當采取合理手段進行影像匹配作業。

影像金字塔。無人機傾斜攝影成像過程當中，會受到氣候、環境以及地形地貌等相關因素的影響，導致最終獲取到的圖像出現失真現象，阻礙了測量工作的正常開展。因此，為了使圖像內容得到更加可靠地呈現，使圖像當中的信息得到針對性保留，提升圖像內部的信息密度，技術人員可采用影像金字塔的方式對圖像進行解釋。

通常來說，在同一空間以及成像條件下，測量工作對圖像的應用方式以及應用要求存在一定差異，因此技術團隊可通過重采樣技術按照不同分辨率針對圖像像素進行運算和堆砌，使圖像能夠基于分辨率要求實現像素與地物特征之間的有效匹配，充分強化了圖像顯示以及圖像內容的準確性與有效性。

SIFT 算法

SIFT 算法又稱尺度不變特征轉換算法，分別通過高斯金字塔的創建、極值點的定位、極值點方向分析以及關鍵點描述符的構建，能夠使傾斜攝影過程當中所獲取到的圖像信息得到更加直觀地呈現，有效提升了圖像當中的信息密度，使成像過程當中可能出現的信息重疊得到了更加有效地處理，提升了地物目標全景圖的構建效率。

BRISK 算法

BRISK 算法同樣也是一種基于二進制的特征描述以及特征提取算法，具備較好的旋轉不變性以及尺度不變性，對于外部環境的適應能力及其自身穩定性較為良好，同時在無人機圖像處理的過程當中具有較為積極的性能，能夠出色地針對模糊圖像信息做出針對性處理。

因此，為了針對性減輕攝影系統成像過程當中外部環境對圖像清晰度造成的影響，使圖像內部的信息與數據得到更加充分地保留，相關技術團隊以及圖像處理團隊應當從實際出發針對影像匹配作業的基本流程及其圖像處理方法進行選定，促進無人機傾斜攝影測量工作精度的不斷進步。

基于無人機傾斜攝影的三維建模流程

近年來，無人機傾斜攝影測量技術逐步成熟，傳統的正射成像方式得到了充分迭代與發展，圖像內部所呈現出的信息數據內容更加豐富多元，因此無人機傾斜攝影系統所回傳的圖像內容已逐漸成為地物目標點三維模型構建的重要參考依據。相關技術團隊以及工作人員應當明確無人機傾斜攝影技術下的三維建模流程，推動模型精度的不斷進步。

空中三角測量

在針對地物目標點進行三維建模之前，需要基于圖像處理算法以及相關技術手段針對無人機傾斜攝影測量技術回傳圖像當中涉及到的信息數據進行及時處理，而相較于傳統的正射拍攝測量技術而言，無人機平臺當中的傾斜攝影測量技術往往需要通過不同視角對地物目標點的特征進行觀察和提取，因此需要針對其量測方法進行及時迭代與更新，使技術團隊能夠更加全面地掌握圖像目標點位的空間布局情況，為后續建模工作的開展提供更加積極的支持。

在進行空中三角測量的同時，技術團隊需要基于無人機拍攝成像測量項目開展前給出的方位點以及SIFT 算法或BRISK 算法處理過后的影像匹配信息進行空三計算，常見的計算方法包括自由網平差法、控制網平差法、聯合平差法等幾種不同類別，其中，空三連接點的設定對保障計算結果的準確客觀具有重要意義。技術團隊應當基于影像比例尺確定標志點的直徑與大小，使其能夠與傾斜攝影成像后得到的影像分辨率以及信息密度相一致，考慮到無人機傾斜攝影成像特點以及三維建模工作的開展要求，技術團隊在進行圖像信息計算處理的同時，還應當考慮到標志點位在圖像表面的可分辨性，使其與圖像周邊環境形成顯著的色差，例如，對于黑白片進行標注的過程中，標志點點位應選用白色，對于紅外軟片進行標注的過程中，標志點點位應選為紅色。另外，技術團隊還應當在標記點周邊加設輔助標識，使其識別度得到更加全面地提升。

密集點云生成

通過無人機平臺搭載的傾斜相機以及相關聯的圖像采集設備，能夠針對地物目標點周邊的自然環境狀態以及地貌地勢特征象關數據進行全方位獲取與整合，這些數據能夠為計算機系統所識別和處理，通過對上述數據信息的處理和應用，能夠基于地物目標點狀況生成表面模型DSM，使其能夠成為三維模型建構的重要參考與支持。

然而從無人機傾斜攝影測量技術的應用情況以及成像測量技術的應用狀況進行分析能夠得出結論，受到成像條件、環境因素以及作業流程等客觀因素的影響，導致一些目標點位的成像準確度以及影像數據內容的全面性可能會受到影響，因此技術團隊應當采取合理手段與措施針對點云數據進行處理與修正，使數據信息當中存在的誤差得到針對性控制，為后續三維建模工作的開展奠定更加堅實的基礎。常見的點云數據修正方式主要包括以下兩類。

首先是點云拼接處理，在基于無人機傾斜攝影測量技術所獲取到的點云數據進行三維模型構建的同時，技術團隊可在地物目標點周邊放置點云數據配準標靶，使其能夠成為圖像成像參照物，在點云拼接處理的同時，確保標靶數據與測量數據結果之間的一致性，從而完成數據信息的拼接，使其能夠為點云數據的處理以及三維模型的構建提供良好支持。

此外是數據的去噪優化。受到環境因素、成像條件以及設備分辨率等因素的影響，可能會導致圖像內部產生嚴重的噪點現象，圖像所反饋的點云數據無法成為地物目標點信息的準確表述，給最終的模型建構造成一定影響。因此，技術團隊在進行去噪優化處理的同時，應當基于數據噪點實際情況，分別按照線性平滑濾波、平均濾波以及非線性平滑濾波等三種類別進行針對性處理，使數據邊緣信息得到有效保護，消除噪點對數據精度以及圖像建模準確性造成的影響。

數據二次優化處理

受到傾斜攝影測量技術特征與成像過程等因素的影響，導致其相關數據信息往往采用了分布式的存儲模式，給數據信息的調用和處理帶來了一定的難度。因此在進行數據二次優化處理之前，技術團隊應首先做好數據情況的確認工作，針對圖像的加載情況以及合并情況進行辨識與分析，當發現傾斜圖像數據信息過于破碎時，可采用SuperMap 等應用進行傾斜入庫處理，使相近目標點位的圖像數據得到有效合并，使圖像的調用和查閱更加便捷，有效消除了以往圖像處理過程以及圖像加載過程所面對的性能問題。

在此基礎上，為了進一步提升圖像數據應用性能，使其能夠在三維模型構建過程當中得到更加積極地利用，技術團隊以及工作人員應當基于深度學習算法以及自動糾錯技術將圖像數據以及原始數據進行相互比對，使數據得到充分交互與分析，在三維模型搭建之前做好數據對齊以及數據配準工作，強化數據信息的準確性與完整性。

快速修復模型搭建

在三維模型的構建過程當中，由于數據缺陷的影響，導致模型可能存在一定的漏洞與問題，對城市規劃以及環境保護等后續工作的開展形成了嚴重的沖擊和影響。因此，技術人員應當針對快速修復模型進行搭建，基于其模型優勢和特點對數據存在的缺陷以及模型漏洞進行及時修復，從而滿足模型建設的方向要求。

現有的模型修復平臺主要包括Meshmixer、CC（Smart3D）、Wish3D·Earth 等等，基于上述平臺，能夠依托無人機傾斜攝影獲取到的點云數據進行快速加載和利用，實現地物目標的實景展現，同時還能夠按照項目實際需要對日照、水面、影子等特殊影像進行實時呈現與分析，使技術團隊以及決策人員能夠獲取到更加細致全面的數據內容，有效提升模型性能，為保障三維建模數據信息的全面性與有效性提供相應支持。

數據存儲與管理

模型建立后，如何針對點云數據以及模型信息進行存儲和管理對提升其應用成效，拓展其應用范圍同樣具有關鍵性意義。在數據存儲過程當中，應當遵循以下幾方面原則與要求。

首先是可靠性原則，基于無人機飛行平臺的傾斜攝影測量技術所獲取到的數據在城市規劃、環境保護以及國土資源開發等方面均具備較為廣泛的應用價值以及應用前景，因此測量過程當中所獲取到的數據也具有充分的利用價值，技術團隊在存儲過程當中，應盡可能采取措施保障數據管理平臺的穩定可靠，使數據的調閱、應用更加便捷，避免數據的丟失與損毀。

其次是較強的可共享性原則，無人機傾斜攝影測量過程當中所獲取到的數據信息對拓展數據應用價值，保障城鄉規劃水平具有關鍵性作用。因此技術團隊在針對數據模型進行存儲與管理的同時，應保障其平臺具備穩定的傳輸功能，使用戶能夠立足于實際情況以及項目需求實現對數據信息的共享傳輸，保障數據應用效率。

最后是格式標準化原則，在針對數據信息進行利用的過程當中，相關技術人員應當建立起完善統一的格式規范，實現不同數據格式之間的相互轉化，從而便于對地物目標數據信息的調閱與管理，提升數據信息管理水平以及管理質量。

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術在未來城鄉規劃以及社會發展進程當中具有重要價值和意義。相關從業者以及技術團隊應當明確傾斜攝影測量工作的流程特點以及技術要求，同時構建起完善的技術標準，提升模型數據的準確性與可靠性，推動測繪建模領域的不斷進步與發展。