傾斜攝影測量技術是近年來發(fā)展起來的一項新的測量技術。它改變了以往航測遙感形象只能從垂直方向攝影的局限性，傾斜攝影測量技術通過多臺傳感器從不同的角度進行數(shù)據(jù)的搜集，快速、高效獲取豐厚的數(shù)據(jù)信息，真實地反映地上的客觀情況，滿足人們對三維信息的需求?，F(xiàn)在，傾斜攝影測量技術現(xiàn)已應用于實踐的生產(chǎn)實踐。
1、傾斜攝影測量概述
1.1傾斜攝影測量技術
通過在同一飛行平臺上搭載5臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜五個不同的角度采集影像，拍攝相片時，同時記錄航高，航速，航向和旁向重疊，坐標等參數(shù)，然后對傾斜影像進行分析和整理。在一個時段，飛機連續(xù)拍攝幾組影像重疊的照片，同一地物最多能夠在3張相片上被找到，這樣內(nèi)業(yè)人員可以比較輕松地進行建筑物結構分析，并且能選擇最為清晰的一張照片進行紋理制作。向用戶提供真實直觀的實景信息。影像數(shù)據(jù)不僅能夠真實地反映地物情況，而且可通過先進的定位技術，嵌入地理信息、影像信息，獲得更高的用戶體驗，極大地拓展遙感影像的應用范圍。
1.2傾斜攝影技術特點
1.2.1反映地物真實情況并且能對地物進行量測
傾斜攝影測量所獲得三維數(shù)據(jù)可真實地反映地物的外觀、位置、高度等屬性，增強了三維數(shù)據(jù)所帶來的真實感，彌補了傳統(tǒng)人工模型仿真度低的缺點。增強了傾斜攝影技術的應用。
1.2.2高性價比
傾斜攝影測量數(shù)據(jù)是帶有空間位置信息的可量測的影像數(shù)據(jù)，能同時輸出DSM、DOM、DLG等數(shù)據(jù)成果?？稍跐M足傳統(tǒng)航空攝影測量的同時獲得更多的數(shù)據(jù)。同時使用傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效地降低城市三維建模成本。
1.2.3高效率
傾斜攝影測量技術借助無人機等飛行載體可以快速采集影像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全自動化的三維建模。實驗數(shù)據(jù)證明：1～2年的中小城市人工建模工作，借助傾斜攝影測量技術只需3～5個月就可完成。
1.3傾斜攝影測量的關鍵技術
1.3.1多視影像聯(lián)合平差
多視影像不僅包含垂直攝影數(shù)據(jù)，還包括傾斜攝影數(shù)據(jù)，而部分傳統(tǒng)空中三角測量系統(tǒng)無法較好地處理傾斜攝影數(shù)據(jù)，因此，多視影像聯(lián)合平差需充分考慮影像間的幾何變形和遮擋關系。結合POS系統(tǒng)提供的多視影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每級影像上進行同名點自動匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到較好的同名點匹配結果。同時，建立連接點和連接線、控制點坐標、GPU/IMU輔助數(shù)據(jù)的多視影像自檢校區(qū)域網(wǎng)平差的誤差方程，通過聯(lián)合解算，確保平差結果的精度。
1.3.2多視影像密集匹配
影像匹配是攝影測量的基本問題之一，多視影像具有覆蓋范圍大，分辨率高等特點。因此，如何在匹配過程中充分考慮冗余信息，快速準確地獲取多視影像上的同名點坐標，進而獲取地物的三維信息，是多視影像匹配的關鍵。由于單獨使用一種匹配基元或匹配策略往往難以獲取建模需要的同名點，因此，近年來隨著計算機視覺發(fā)展起來的多基元、多視影像匹配，逐漸成為人們研究的焦點。目前，在該領域的研究已取得了很大進展，例如建筑物側面的自動識別與提取。通過搜索多視影像上的特征，如建筑物邊緣、墻面邊緣和紋理，來確定建筑物的二維矢量數(shù)據(jù)集，影像上不同視角的二維特征可以轉(zhuǎn)化為三維特征，在確定墻面時，可以設置若干影響因子并給予一定的權值，將墻面分為不同的類，將建筑的各個墻面進行平面掃描和分割，獲取建筑物的側面結構，再通過對側面進行重構，提取出建筑物屋頂?shù)母叨群洼喞?/p>
1.3.3數(shù)字表面模型生成和真正射影像糾正
多視影像密集匹配能得到高精度高分辨率的數(shù)字表面模型DSM，充分地表達了地形地物起伏特征，已經(jīng)成為新一代空間數(shù)據(jù)基礎設施的重要內(nèi)容。由于多角度傾斜影像之間的尺度差異較大，加上較嚴重的遮擋和陰影等問題，基于傾斜影像的自動獲取DSM存在新的難點?？梢允紫雀鶕?jù)自動空三解算出來的各影像外方位元素，分析與選擇合適的影像匹配單元進行特征匹配和逐像素級的密集匹配，引入并行算法，提高計算效率。在獲取高密度DSM數(shù)據(jù)后，進行濾波處理，將不同匹配單元進行融合，形成統(tǒng)一的DSM。多視影像真正射糾正涉及物方連續(xù)的數(shù)字高程模型DEM和大量離散分布粒度差異很大的地物對象，以及海量的像方多角度影像，具有典型的數(shù)據(jù)密集和計算密集特點。在有DSM的基礎上，根據(jù)物方連續(xù)地形和離散地物對象的幾何特征，通過輪廓提取、面片擬合、屋頂重建等方法提取物方語義信息;同時在多視影像上，通過影像分割、邊緣提取、紋理聚類等方法獲取像方語義信息，再根據(jù)聯(lián)合平差和密集匹配的結果建立物方和像方的同名點對應關系，繼而建立全局優(yōu)化采樣策略和顧及幾何輻射特性的聯(lián)合糾正，同時進行整體勻光處理，如圖1所示，傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理流程。
圖1傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理流程
1.4傾斜攝影技術的應用
由于傾斜影像為用戶提供了更豐富的地理信息，更友好的用戶體驗，該技術目前在歐美等發(fā)達國家已經(jīng)廣泛應用于應急指揮、國土安全、城市管理、房產(chǎn)稅收等行業(yè)。在國內(nèi)政府部門用于：國土資源管理、房產(chǎn)稅收、人口統(tǒng)計、數(shù)字城市、城市管理、應急指揮、災害評估、環(huán)保監(jiān)測。企事業(yè)單位：房地產(chǎn)、工程建筑、實景導航、旅游規(guī)劃等領域。
1.5傾斜攝影測量數(shù)據(jù)的處理
傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理常用的軟件：
國外：美國Pictometry公司推出Pictometry傾斜影像處理軟件、法國Infoterra公司的像素工廠、徠卡公司的LPS工作站、AeroMap公司的MultiVision系統(tǒng)、Intergraph公司的DMC系統(tǒng)、Astrium公司StreetFactory系統(tǒng)等軟件。
在國內(nèi)主要有：紅鵬公司推出的無人機敏捷自動建模系統(tǒng)、超圖軟件公司的SuperMapGIS7C軟件、立得空間公司的LeadorAMMS以及武漢天際航公司的DP-Model-er等傾斜攝影測量軟件。
2、無人機傾斜攝影測量概況
無人機具有機動、靈活、快速、經(jīng)濟等特點，以無人機作為航空攝影平臺能夠快速高效地獲取高質(zhì)量、高分辨率的影像，無人機在攝影測量中的優(yōu)勢是傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感無法比擬的，越來越受到研究者和生產(chǎn)者的青睞，大大地擴大了遙感的應用范圍和用戶群，具有廣闊的應用前景。無人機傾斜攝影測量已經(jīng)成為未來航空攝影測量的重要手段和國家航空遙感監(jiān)測體系的重要補充，逐步從研究開發(fā)階段發(fā)展到了實際應用階段。
在國外，美國航空航天局將無人機應用于森林火災監(jiān)測、精確農(nóng)業(yè)、海洋遙感等研究項目。澳大利亞利用全球鷹搭載成像SAR進行海洋監(jiān)測研究。在國內(nèi)，紅鵬公司微型無人機傾斜攝影系統(tǒng)將無人機技術與傾斜攝影技術有效地結合，自主研發(fā)完成了一套微型無人機傾斜攝影系統(tǒng)，包括電動六旋翼無人機、五相機傾斜攝影吊艙、降落傘模塊、控制模塊等。系統(tǒng)具有成本低、飛行可靠性高、操作使用簡單、起飛和著陸場地要求低。定位精度與影像分辨率高等特點，可以滿足傾斜攝影測量與快速三維建模對數(shù)據(jù)獲取的要求。目前國內(nèi)外尚無類似微型傾斜攝影產(chǎn)品平臺，彌補了微型超低空低成本獲取傾斜攝影測量高分辨率數(shù)據(jù)的空白，可為測繪、規(guī)劃、應急、公安、旅游文化等行業(yè)提供低廉、高效、敏捷的數(shù)據(jù)支持與服務，提高了精細三維數(shù)據(jù)靈活快速獲取的能力。應用成果已在公安、應急、測繪、旅游、環(huán)保等行業(yè)得到了應用驗證，獲得了用戶的好評。社會經(jīng)濟效益顯著，具有重要的示范作用和推廣價值。目前傾斜攝影測量能達到的精度見表1。
表1目前傾斜攝影測量的分辨率實例
3、傾斜攝影測量技術存在的問題
1)傾斜航空攝影后期數(shù)據(jù)影像匹配時，因傾斜影像的攝影比例尺不一致、分辨率差異、地物遮擋等因素導致獲取的數(shù)據(jù)中含有較多的粗差，嚴重影響后續(xù)影像空三精度。然而，如何利用傾斜攝影測量中包含了大量的冗余信息進行數(shù)據(jù)的高精度匹配是提高傾斜攝影技術實用性的關鍵。
2)傾斜攝影測量所形成的三維模型在表達整體的同時，某些地方存在模型缺失或失真等問題。因此，為了三維模型的完整準確地表達需要進行局部區(qū)域的補測，常用方法是人工相機拍照或者使用車載近景攝影測量系統(tǒng)進行補測。
3)隨著科技的發(fā)展無人機作為傾斜攝影測量實用的載體，為了增加其便攜性和靈活性，無人機的續(xù)航能力不強，因此，電池的續(xù)航能力成為其推廣的限制條件，研制體積小長續(xù)航的電池迫在眉睫。
4、展望
近幾年，傾斜攝影測量技術得到了迅速的發(fā)展，由于傾斜攝影測量技術能夠獲取建筑物、樹木等地理實體的紋理細節(jié)不但豐富了影像數(shù)據(jù)源信息。同時，高冗余度的航攝影像重疊，為高精度的影像匹配提供了條件，使得基于人工智能的三維實體重建成為了可能。分層顯示技術、紋理映射技術成為傾斜攝影測量和建模的關鍵支撐點，極大地提升了三維建模的效率，同時也降低建模的生產(chǎn)成本。目前，基于傾斜攝影測量成果的應用還比較少，因此，大量的應用創(chuàng)新點挖掘還需要逐步深入。同時我們不能局限于傾斜攝影測量技術，還需要研究其與雷達、紅外、多光譜、高光譜等多種的傳感器的結合，將他們集成在更小的無人機上拓寬攝影測量技術的應用范圍，未來基于點云數(shù)據(jù)計算的大規(guī)模三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)使得工程測量、三維建模等工作進行顛覆性的變革，開啟三維遙感的新時代。
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