傾斜攝影測量技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新的測量技術(shù)。它改變了以往航測遙感影像只能從垂直方向拍攝的局限性，傾斜攝影測量技術(shù)通過多臺(tái)傳感器從不同的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，快速、高效獲取豐富的數(shù)據(jù)信息，真實(shí)地反映地面的客觀情況，滿足人們對三維信息的需求。目前，傾斜攝影測量技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐。

本文針對傾斜攝影測量的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀、特點(diǎn)、影像的匹配以及攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢等問題進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并對數(shù)據(jù)的處理過程以及存在的問題進(jìn)行總結(jié)。傾斜攝影測量技術(shù)作為新興的高科技成果，它的出現(xiàn)滿足了人們的需求，具有廣泛應(yīng)用前景。

1、傾斜攝影測量概述

1.1傾斜攝影測量技術(shù)

通過在同一飛行平臺(tái)上搭載5臺(tái)傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜五個(gè)不同的角度采集影像，拍攝相片時(shí)，同時(shí)記錄航高，航速，航向和旁向重疊，坐標(biāo)等參數(shù)，然后對傾斜影像進(jìn)行分析和整理。在一個(gè)時(shí)段，飛機(jī)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(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)分析，并且能選擇最為清晰的一張照片進(jìn)行紋理制作。向用戶提供真實(shí)直觀的實(shí)景信息。影像數(shù)據(jù)不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，而且可通過先進(jìn)的定位技術(shù)，嵌入地理信息、影像信息，獲得更高的用戶體驗(yàn)，極大地拓展遙感影像的應(yīng)用范圍。

1.2傾斜攝影技術(shù)特點(diǎn)

1.2.1反映地物真實(shí)情況并且能對地物進(jìn)行量測

傾斜攝影測量所獲得三維數(shù)據(jù)可真實(shí)地反映地物的外觀、位置、高度等屬性，增強(qiáng)了三維數(shù)據(jù)所帶來的真實(shí)感，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工模型仿真度低的缺點(diǎn)。增強(qiáng)了傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用。

1.2.2高性價(jià)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(shí)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(shí)獲得更多的數(shù)據(jù)。同時(shí)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(shù)借助無人機(jī)等飛行載體可以快速采集影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的三維建模。實(shí)驗(yàn)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(shù)只需3～5個(gè)月就可完成。

1.3傾斜攝影測量的關(guān)鍵技術(shù)

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(guān)系。結(jié)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(jìn)行同名點(diǎn)自動(dòng)匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到較好的同名點(diǎn)匹配結(jié)果。同時(shí)，建立連接點(diǎn)和連接線、控制點(diǎn)坐標(biāo)、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(jié)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(diǎn)。因此，如何在匹配過程中充分考慮冗余信息，快速準(zhǔn)確地獲取多視影像上的同名點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而獲取地物的三維信息，是多視影像匹配的關(guān)鍵。由于單獨(dú)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(diǎn)，因此，近年來隨著計(jì)算機(jī)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(diǎn)。目前，在該領(lǐng)域的研究已取得了很大進(jìn)展，例如建筑物側(cè)面的自動(dòng)識(shí)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(shí)，可以設(shè)置若干影響因子并給予一定的權(quán)值，將墻面分為不同的類，將建筑的各個(gè)墻面進(jìn)行平面掃描和分割，獲取建筑物的側(cè)面結(jié)構(gòu)，再通過對側(cè)面進(jìn)行重構(gòu)，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(dá)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(chǔ)設(shè)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(yán)重的遮擋和陰影等問題，基于傾斜影像的自動(dòng)獲取DSM存在新的難點(diǎn)?？梢允紫雀鶕?jù)自動(dòng)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(jìn)行特征匹配和逐像素級的密集匹配，引入并行算法，提高計(jì)算效率。在獲取高密度DSM數(shù)據(jù)后，進(jìn)行濾波處理，將不同匹配單元進(jìn)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(jì)算密集特點(diǎn)。在有DSM的基礎(chǔ)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(shí)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(jié)果建立物方和像方的同名點(diǎn)對應(yīng)關(guān)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(shí)進(jìn)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。

1.4傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)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(yàn)，該技術(shù)目前在歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于應(yīng)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(jì)、數(shù)字城市、城市管理、應(yīng)急指揮、災(zāi)害評估、環(huán)保監(jiān)測。企事業(yè)單位：房地產(chǎn)、工程建筑、實(shí)景導(dǎo)航、旅游規(guī)劃等領(lǐng)域。

2、無人機(jī)傾斜攝影測量概況

無人機(jī)具有機(jī)動(dòng)、靈活、快速、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，以無人機(jī)作為航空攝影平臺(tái)能夠快速高效地獲取高質(zhì)量、高分辨率的影像，無人機(jī)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?cái)U(kuò)大了遙感的應(yīng)用范圍和用戶群，具有廣闊的應(yīng)用前景。無人機(jī)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(bǔ)充，逐步從研究開發(fā)階段發(fā)展到了實(shí)際應(yīng)用階段。

在國外，美國航空航天局將無人機(jī)應(yīng)用于森林火災(zāi)監(jiān)測、精確農(nóng)業(yè)、海洋遙感等研究項(xiàng)目。澳大利亞利用全球鷹搭載成像SAR進(jìn)行海洋監(jiān)測研究。在國內(nèi)，紅鵬公司微型無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)將無人機(jī)技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)有效地結(jié)合，自主研發(fā)完成了一套微型無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)，包括電動(dòng)六旋翼無人機(jī)、五相機(jī)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(diǎn)，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(tái)，彌補(bǔ)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(yīng)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(wù)，提高了精細(xì)三維數(shù)據(jù)靈活快速獲取的能力。應(yīng)用成果已在公安、應(yīng)急、測繪、旅游、環(huán)保等行業(yè)得到了應(yīng)用驗(yàn)證，獲得了用戶的好評。社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有重要的示范作用和推廣價(jià)值。

3、傾斜攝影測量技術(shù)存在的問題

1)傾斜航空攝影后期數(shù)據(jù)影像匹配時(shí)，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(dǎo)致獲取的數(shù)據(jù)中含有較多的粗差，嚴(yán)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(jìn)行數(shù)據(jù)的高精度匹配是提高傾斜攝影技術(shù)實(shí)用性的關(guān)鍵。

2)傾斜攝影測量所形成的三維模型在表達(dá)整體的同時(shí)，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(zhǔn)確地表達(dá)需要進(jìn)行局部區(qū)域的補(bǔ)測，常用方法是人工相機(jī)拍照或者使用車載近景攝影測量系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)測。

3)隨著科技的發(fā)展無人機(jī)作為傾斜攝影測量實(shí)用的載體，為了增加其便攜性和靈活性，無人機(jī)的續(xù)航能力不強(qiáng)，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(shù)得到了迅速的發(fā)展，由于傾斜攝影測量技術(shù)能夠獲取建筑物、樹木等地理實(shí)體的紋理細(xì)節(jié)不但豐富了影像數(shù)據(jù)源信息。同時(shí)，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(shí)體重建成為了可能。分層顯示技術(shù)、紋理映射技術(shù)成為傾斜攝影測量和建模的關(guān)鍵支撐點(diǎn)，極大地提升了三維建模的效率，同時(shí)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(yīng)用還比較少，因此，大量的應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)挖掘還需要逐步深入。同時(shí)我們不能局限于傾斜攝影測量技術(shù)，還需要研究其與雷達(dá)、紅外、多光譜、高光譜等多種的傳感器的結(jié)合，將他們集成在更小的無人機(jī)上拓寬攝影測量技術(shù)的應(yīng)用范圍，未來基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)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(jìn)行顛覆性的變革，開啟三維遙感的新時(shí)代。

5、結(jié)束語

本文講述了傾斜攝影測量的特點(diǎn)、基本原理、關(guān)鍵技術(shù)以及無人機(jī)在傾斜攝影測量中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的遙感測量手段采用的正射影像方法只能是在垂直方向?qū)ㄖ敳窟M(jìn)行模型重建，而對側(cè)面的三維重建一直缺少有效的解決手段。傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)有效地解決了這一難題，傾斜攝影測量將基于立體像對和點(diǎn)特征的傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)推向了基于多視影像和對象特征的實(shí)時(shí)攝影測量技術(shù)。基于傾斜攝影測量的優(yōu)勢可以得出以下結(jié)論：

1)目前對大數(shù)據(jù)的需求逐漸變大，而傾斜攝影測量所得影像數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化成DLG、D0M與DSM等不同數(shù)據(jù)格式，并且能對數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化等操作，大大增加了其使用的范圍，滿足不同的工程需要。

2)傾斜攝影測量技術(shù)具有高效率、高真實(shí)性、以及快速獲得海量空間數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，但在傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理過程中對于影像數(shù)據(jù)的匹配和整體三維模型的表達(dá)方面還不成熟。若研究出高精度的影像數(shù)據(jù)匹配方法以及去除冗余信息增強(qiáng)運(yùn)行的效率，而不影響建模實(shí)體效果，將能大大增強(qiáng)其實(shí)用性。

3)無人機(jī)的應(yīng)用促進(jìn)了傾斜攝影測量的發(fā)展，由于無人機(jī)的便攜性、快速、靈活的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的使用價(jià)值。目前，無人機(jī)進(jìn)行實(shí)際測量在實(shí)踐中得到的結(jié)果很理想，相信隨著技術(shù)的發(fā)展，以后會(huì)更加成熟，應(yīng)用的領(lǐng)域會(huì)越來越寬廣。但無人機(jī)的續(xù)航問題在一定程度上限制了傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展，需要進(jìn)一步的研究。