实景三维青岛 | 多源影像融合建模在改善倾斜摄影模型质量中的应用

针对倾斜摄影建模模型的空洞、扭曲、变形、高层建筑物的顶部破损等问题，本文提出了两种影像融合建模的解决方案。

文章授权转载：青岛市海陆地理信息重点实验室

作者：丁晓龙

原标题：多源影像融合建模在改善倾斜摄影模型质量中的应用

倾斜摄影及建模问题随着无人机、倾斜航摄设备的发展、数据处理能力的增强，倾斜摄影及建模技术在城市建设中发挥越来越重要的作用，倾斜摄影三维模型能从多个倾斜角度查看垂直视角中被遮挡的近地地物，打破了传统航空摄影测量只能从垂直视角拍摄、采集的局限。但由于倾斜摄影测量观测角度固定，视角受限，加之遮挡等原因，无法获取地物的全部信息，建筑物底部或视角盲区建模时会存在空洞、扭曲、变形等现象。

倾斜摄影建模模型的空洞、扭曲、变形问题

另外，在进行城市区域倾斜摄影时，由于航摄高度及相机拍摄视角固定，超高建筑物顶部与地面的影像重叠度及影像分辨率相差过大，会导致建模时模型顶部的大规模破损，如下图所示：

高层建筑物的顶部破损问题

解决方案

针对上述问题，基于实景三维青岛建设项目期间的研究和实践，我们提出了两种影像融合建模解决方案：

方案 01 

贴近补拍照片与倾斜摄影影像融合建模

（1）渐进式拍摄及融合建模

倾斜影像及贴近摄影影像融合的一大难点是分辨率差别过大，在进行匹配时无法找到同名点，导致融合失败。对于传感器规格相差不大的情况下，可采用渐进式拍摄方式，由粗到细、从整体到局部的递进式采集数据。数据采集完成后，将倾斜摄影数据与贴近摄影数据进行融合空三加密及建模。

渐进式拍摄照片分布图下面是渐进式拍摄的效果对比图（左侧为单一倾斜模型，右侧为融合模型）：

模型效果对比

（2）基于公共控制点的融合建模

渐进式拍摄及融合建模方式不需要测量控制点即可进行融合建模，但采用该方式由低分辨率向高分辨率高度，需要拍摄大量照片，同时倾斜摄影传感器、贴近摄影传感器规格不能相差过大，否则无法融合建模。对于传感器规格相差较大的情况下，可以采用基于公共控制点的融合建模方式。分别完成倾斜航空摄影及贴近摄影，并按照贴近摄影的范围，布设公共控制点，利用控制点对两个工程进行坐标纠正，合并后建模。

融合后的密集匹配点云

建模效果前后对比如下图所示（左侧为单一倾斜模型，右侧为融合模型）：

模型效果对比

方案 02 优视摄影与倾斜摄影影像融合建模

优视摄影测量是对贴近摄影测量技术的演进延伸，通过预先输入概略的三维模型，通过场景感知路径规划方法，结合多旋翼无人机高度灵活的机动性和多视角数据采集能力，优视摄影技术可以很好地解决高层建筑物建模破损及纹理不足问题。我院与深圳大学合作，在青岛市南区开展了实景三维联合创新研究合作，进行了优视摄影与倾斜摄影影像的融合建模研究，很好地解决了高层建筑密集区域的建模问题。

航测区域划分示意图优视摄影航线规划的基础依据是概略模型。利用预先获取的3cm倾斜摄影模型生成测区的概略模型，基于可观测性分析进行视角优选，串联每个优选视角并设定拍摄姿态角度，形成最终的优视摄影测量航线。航线规划完成后，按照该航线进行航飞。航摄完成后，将优视摄影成果与倾斜摄影成果进行融合建模。优视摄影航线规划示意图对于高密集建成区高层建筑建模效果对比如下（左侧为倾斜模型，右侧为倾斜优视融合模型），可以看到优视摄影测量模型效果更为完整，纹理更清晰。

模型效果对比

总结与展望实景三维是新型智慧城市建设必不可缺的新型空间基础设施，如何将实景三维产品做到真实、细致反映现实世界是测绘人需要解决的首要问题。针对目前倾斜摄影存在的盲区建模不完整、超高建筑物顶部破损问题，本文提出了两种解决方案，对改善模型质量起到了明显效果，同时有助于减少模型单体化及场景修整的内业工作量，可用于重要建筑、雕塑、古树名木等精细、重要地物的展示，为城市实景三维效果改善提供了一种思路。但另一方面，该技术方案会导致外业采集工作量的增加、空三加密难度增加等问题，如何平衡数据采集和处理的综合成本是今后需要继续研究探索的方向。

多源影像数据融合建模效果视频

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