CN112097746B - 用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法 - Google Patents
用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法，包括步骤S1：将倾斜相机安装于无人机，并且根据预设的航线布设、飞行质量以及摄像质量进行航空摄影，以形成第一摄像数据；步骤S2：对第一摄像数据进行像片控制点处理，以形成第二摄像数据；步骤S3：对第二摄像数据进行空中三角测量，以形成第三摄像数据，并且根据第三摄像数据进行全自动三维模型的建设。本发明公开的一种用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法，其对载有倾斜相机的无人机进行航线、飞行质量和摄像质量的控制处理，并且依次对采集的倾斜摄像数据进行处理，以获得倾斜摄像模型，其具有精确度高、分辨率高和采集全面等优点。
Description
技术领域
本发明属于三维可视化摄影数据采集技术领域，具体涉及一种用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法。
背景技术
为应对不同场景(例如矿区、医院、粮仓等)，现场涉及专业车辆、设备、人员的流动和管理，数据杂、实时性高等因素，因此对整个场景实时的车辆动态有必要以三维可视方式展现和监控，以成熟的二三维一体化技术提供倾斜摄影和3DMAX建模相结合的三维展现形式，实现现场三维数据和生产数据电子化。
倾斜摄影测量技术以大范围、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物的外观、位置、高度等属性，为真实效果和测绘级精度提供保证，通过倾斜摄影技术，大幅降低三维数据的人工生产成本和时间周期，快速搭建高质量，高标准的数据平台，并提供完善的数据接口，满足用户业务系统对3D模型的调用需求。
但是，现有的倾斜摄影测量方法精度不高、无人机航空摄影的有效影像少和影响质量低等问题。
公开号为：CN111563957A，主题名称为一种煤田火灾及矸石山火灾三维温度场数字化成像方法的发明专利，其技术方案公开了“包括飞行器及搭载在飞行器上的热红外传感器；具体包括以下步骤：(1)确定测区范围，设计飞行器倾斜摄影航线，确定参数，在测区内完成热红外倾斜摄影工作，采集热红外图像及对应的GPS信息；(2)析离、压制热红外图像噪声和干扰，提高图像信噪比；将一个测区内获得的所有热红外图像的色标尺模式、上下阈值进行批量化全局统一；将一个测区内获得的所有热红外图像的温度分布模式统一调整为温度线性模式，确定温度数据和色标尺颜色RGB值的对应关系；(3)提取热红外图像特征点并生成多尺度影像，计算得到高斯DOG金字塔的响应值图像以及特征点所处的位置和对应的尺度；(4)进行热红外图像参考影像特征点与目标影像特征点间的正确匹配，根据特征点的坐标求解影像变换模型的参数，根据飞行器所获取的GPS/INS数据作为初始值，进行空中三角测量平差加密处理，得到TIN；(5)利用TIN构成白模，从飞行器在测区范围内获得的热红外图像中先去除原始图像中无法满足纹理计算的部分图像再计算对应的纹理，并将纹理映射到对应的白模上，生成纹理化的煤自燃火区三维温度场模型；(6)提取三维温度场模型中各像素点的RGB值，并通过步骤(2)中获得的温度数据和色标尺颜色RGB值的对应关系，将各像素点的RGB值转化为温度数据，实现三维温度场模型的数字化；(7)根据煤自燃火区三维温度场模型，定位火区高温点位置和范围，制定灭火方案”。
以上述发明专利为例，其虽然提及了通过无人机倾斜摄影航线进行采集，但是其技术方案与本发明不同，因此，针对上述问题，予以进一步改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法，其对载有倾斜相机的无人机进行航线、飞行质量和摄像质量的控制处理，并且依次对采集的倾斜摄像数据进行处理，以获得倾斜摄像模型，其具有精确度高、分辨率高和采集全面等优点。
为达到以上目的，本发明提供一种用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法，通过安装于无人机的倾斜相机对测试区域进行采集倾斜摄像数据比并且生成倾斜摄像模型，包括以下步骤：
步骤S1：将倾斜相机安装于无人机，并且根据预设的航线布设、飞行质量以及摄像质量进行航空摄影，以形成第一摄像数据；
步骤S2：对第一摄像数据进行像片控制点处理，以形成第二摄像数据；
步骤S3：对第二摄像数据进行空中三角测量，以形成第三摄像数据，并且根据第三摄像数据进行全自动三维模型的建设；
步骤S4：对建设完成的三维模型进行模型修饰，并且对修饰完成的三维模型进行质量检查，以形成倾斜摄像模型。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S1中航线布设具体实施为以下步骤：
步骤S1.1：根据倾斜相机的摄像区域的走向对无人机的航线进行直线方法布设，使平行于摄像区域边界线的首末无人机的航线的侧视镜头获得测试区域的有效影像；
步骤S1.2：当倾斜相机采用双镜头时，无人机先沿第一方向(优选为东西航线)进行采集倾斜摄影影像，然后无人机往返飞行再次进行采集倾斜摄影影像，以确保多角度获取倾斜摄影影像。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S1中飞行质量具体实施为以下步骤：
步骤S1.3：无人机的航向覆盖超出摄像区域边界线至少3条基线；
步骤S1.4：当航空摄影中出现相对漏洞和绝对漏洞时，采用前一次航空摄影中的倾斜相机进行补摄，补摄航线的两端超出漏洞(包括上述的相对漏洞和绝对漏洞)之外的两条基线。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：像片控制点根据区域网布设(区域网大小根据航摄飞行情况、地形情况、计算机运算能力等进行综合划分)；
步骤S2.2：区域网之间的像片控制点位于无人机的上、下航线重叠的中间，并且相邻区域网公用像片控制点。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：将第二数据进行多视角影像特征点密集匹配；
步骤S3.2：根据多视角影像特征点密集匹配进行区域网的自由网多视影像联合约束平差解算，以建立在空间尺度(可以适度)自由变形的立体模型(完成相对定向)。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S4具体实施为以下步骤：
步骤S4.1：如果修饰完成的三维模型通过质量检查，则进行递交倾斜摄像模型；
步骤S4.2：如果修饰完成的三维模型没有通过质量检查，则执行步骤S4(具体为再次修饰模型，直至通过质量检查)。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的无人机和倾斜相机等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明公开了一种用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法，通过安装于无人机的倾斜相机对测试区域进行采集倾斜摄像数据比并且生成倾斜摄像模型，包括以下步骤：
步骤S1：将倾斜相机安装于无人机，并且根据预设的航线布设、飞行质量以及摄像质量进行航空摄影，以形成第一摄像数据；
步骤S2：对第一摄像数据进行像片控制点处理，以形成第二摄像数据；
步骤S3：对第二摄像数据进行空中三角测量，以形成第三摄像数据，并且根据第三摄像数据进行全自动三维模型的建设；
步骤S4：对建设完成的三维模型进行模型修饰，并且对修饰完成的三维模型进行质量检查，以形成倾斜摄像模型。
具体的是，步骤S1中航线布设具体实施为以下步骤：
步骤S1.1：根据倾斜相机的摄像区域的走向对无人机的航线进行直线方法布设，使平行于摄像区域边界线的首末无人机的航线的侧视镜头获得测试区域的有效影像；
步骤S1.2：当倾斜相机采用双镜头时，无人机先沿第一方向(优选为东西航线)进行采集倾斜摄影影像，然后无人机往返飞行再次进行采集倾斜摄影影像，以确保多角度获取倾斜摄影影像。
更具体的是，步骤S1中飞行质量具体实施为以下步骤：
步骤S1.3：无人机的航向覆盖超出摄像区域边界线至少3条基线；
步骤S1.4：当航空摄影中出现相对漏洞和绝对漏洞时，采用前一次航空摄影中的倾斜相机进行补摄，补摄航线的两端超出漏洞(包括上述的相对漏洞和绝对漏洞)之外的两条基线。
进一步的是，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：像片控制点根据区域网布设(区域网大小根据航摄飞行情况、地形情况、计算机运算能力等进行综合划分)；
步骤S2.2：区域网之间的像片控制点位于无人机的上、下航线重叠的中间，并且相邻区域网公用像片控制点。
在空中三角测量前，先对原始影像已经预处理，对原始影像进行色彩、亮度和对比度的调整和匀色处理。匀色处理应缩小影像间色调差异，使色调均匀，反差适中，层次分明，保持地物色彩不失真，不应有匀色处理的痕迹。
空中三角测量由于倾斜航空摄影测量由于摄影倾角大，影像变形严重；分辨率变化大，尺度无法统一，重叠数多，需要多视处理等特点，使其空中三角测量有异于常规数码航空摄影测量中的空中三角测量方式。
更进一步的是，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：将第二数据进行多视角影像特征点密集匹配；
步骤S3.2：(将相机参数、影像数据、POS数据)根据多视角影像特征点密集匹配进行区域网的自由网多视影像联合约束平差解算，以建立在空间尺度(可以适度)自由变形的立体模型(完成相对定向)。
优选地，步骤S4具体实施为以下步骤：
步骤S4.1：如果修饰完成的三维模型通过质量检查，则进行递交倾斜摄像模型；
步骤S4.2：如果修饰完成的三维模型没有通过质量检查，则执行步骤S4(具体为再次修饰模型，直至通过质量检查)。
优选地，摄像质量包括：摄影时太阳高度角应大于45°，阴影不大于1倍，摄影时间要求为10～15时。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的无人机和倾斜相机等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法，通过安装于无人机的倾斜相机对测试区域进行采集倾斜摄像数据比并且生成倾斜摄像模型，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将倾斜相机安装于无人机，并且根据预设的航线布设、飞行质量以及摄像质量进行航空摄影，以形成第一摄像数据；
步骤S2：对第一摄像数据进行像片控制点处理，以形成第二摄像数据；
步骤S3：对第二摄像数据进行空中三角测量，以形成第三摄像数据，并且根据第三摄像数据进行全自动三维模型的建设；
步骤S4：对建设完成的三维模型进行模型修饰，并且对修饰完成的三维模型进行质量检查，以形成倾斜摄像模型；
步骤S1中飞行质量具体实施为以下步骤：
步骤S1.3：无人机的航向覆盖超出摄像区域边界线至少3条基线；
步骤S1.4：当航空摄影中出现相对漏洞和绝对漏洞时，采用前一次航空摄影中的倾斜相机进行补摄，补摄航线的两端超出漏洞之外的两条基线；
步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：像片控制点根据区域网布设；
步骤S2.2：区域网之间的像片控制点位于无人机的上、下航线重叠的中间，并且相邻区域网公用像片控制点；
在空中三角测量前，先对原始影像预处理，对原始影像进行色彩、亮度和对比度的调整和匀色处理。
2.根据权利要求1所述的一种用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法，其特征在于，步骤S1中航线布设具体实施为以下步骤：
步骤S1.1：根据倾斜相机的摄像区域的走向对无人机的航线进行直线方法布设，使平行于摄像区域边界线的首末无人机的航线的侧视镜头获得测试区域的有效影像；
步骤S1.2：当倾斜相机采用双镜头时，无人机先沿第一方向进行采集倾斜摄影影像，然后无人机往返飞行再次进行采集倾斜摄影影像，以确保多角度获取倾斜摄影影像。
3.根据权利要求2所述的一种用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法，其特征在于，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：将第二数据进行多视角影像特征点密集匹配；
步骤S3.2：根据多视角影像特征点密集匹配进行区域网的自由网多视影像联合约束平差解算，以建立在空间尺度自由变形的立体模型。
4.根据权利要求3所述的一种用于三维可视化的倾斜摄影数据采集方法，其特征在于，步骤S4具体实施为以下步骤：
步骤S4.1：如果修饰完成的三维模型通过质量检查，则进行递交倾斜摄像模型；
步骤S4.2：如果修饰完成的三维模型没有通过质量检查，则执行步骤S4。
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