SFM的倾斜航空影像空中三角测量

Original 2017-12-06 吴子敬，邓非 测绘科学

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摘要

针对传统空中三角测量方法处理倾斜航空影像的不足，提出了一种基于SFM算法的倾斜航空影像空中三角测量方法。首先利用垂直影像空三结果获取初始区域网模型，垂直影像空三解算可通过常规的空三算法或现有的软件获取。然后采用SFM算法，在初始区域网模型的基础上，递增式地恢复倾斜影像的外方位元素，最后将垂直影像和倾斜影像联合进行绝对定向、区域网光束法平差。选用玉树数据进行空三试验，结果表明：本文提出的SFM方法能够精确解算出倾斜航空影像的外方位元素，且空三结果优于现有倾斜影像空三软件Pix4Dmapper，可以作为一种倾斜航空影像定向的有用方法。

引用格式

吴子敬，邓非．ＳＦＭ的倾斜航空影像空中三角测量［Ｊ］．测绘科学，２０１７，４２（１１）：９７-１０１．

正文

倾斜摄影测量作为国际测绘领域近年来发展起来的一项新的对地观测技术，在城市规划、应急指挥、军事侦察等领域日益得到应用和重视。它通过在一个飞行平台上搭载多个相机，同时获得测区的的顶面和侧面影像，从而克服了传统的航空摄影测量只能获得正直影像的局限性，减少了建筑物侧面纹理信息的采集工作，能够大大的提高后期三维建模效率。然而，由于其特有的拍摄方式，造成获得的倾斜影像存在几何变形大、分辨率变化大、影像旋角大等问题，传统的光束法区域网平差算法在数学上已不能够支持倾斜影像数据。因此，倾斜影像空三成为研究的热点和难点。

目前，国内外已经出现了多种集软硬件于一体的倾斜摄影测量系统。国外的倾斜摄影测量系统Leica RCD30 Oblique、Pictometry、StreetFactory、Smart3D等；国内的倾斜摄影测量系统主要有北京四维远见公司研制的SWDC-5、上海航遥公司研制的AMC580、北京中测新图公司研制的TopDC-5等。国内外文献中对倾斜影像空三解算方面很少提及，倾斜影像空三目前还很不成熟。现有的倾斜影像空三方法，主要有两种：① POS辅助空三。通过高精度的差分GPS获取影像的拍摄位置，同时利用惯性测量单元（IMU）获取影像的姿态，但高精度的IMU价格昂贵；②利用垂直影像方位估算。首先通过常规的空三方法解算出垂直影像的空三结果，然后利用先验的垂直影像与倾斜影像之间的物理相对位置关系，推导出倾斜影像方位。但是相机在拍摄过程中，垂直相机和倾斜相机之间的相对位置关系会发生变化。

本文在计算机视觉中的SFM(Struct from Motion)算法的基础上，阐述了一种基于区域网递增式构建的倾斜影像自动空三方法，同时考虑到传统SFM算法受初始像对选择的影响，并且目前垂直影像空三解算无论是在精度还是在效率上都已经很成熟，本文采用垂直影像辅助倾斜影像空三解算的方法，将垂直影像空三结果作为SFM算法的初始模型，避免了SFM算法对初始像对的依赖，增强了算法的稳定性以及可靠性。

本文基于SFM算法提出了区域网递增式构建的方法，求解倾斜影像空中三角测量。该算法不同于传统的空中三角测量过程，将垂直影像空三结果作为SFM算法的初始模型，采用递增的方式依次恢复倾斜影像的外方位元素。试验结果表明，本文采用的方法能够较精确的得到倾斜影像的空三结果，算法结果优于倾斜影像空三软件Pix4Dmapper，可以作为一种实用的倾斜航空影像定向方法。

2017年（第42卷）第11期

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