倾斜摄影测量中影响模型精度的因素分析
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【摘 要】目前，倾斜摄影测量作为一种新技术，经过不断的探索、应用和发展，已开始在测绘行业中大显身手，并取得了不小的成绩。通过三维模型进行的矢量数据采集，其矢量精度完全依赖于三维模型精度。论文以实践经验为基础，定性地分析了在航空摄影、像控测量、模型生产三阶段中，影响模型精度的因素，希望对三维模型的生产起到一定的指导作用。
【Abstract】At present， oblique photogrammetry as a new technology， after continuous exploration， application and development， has begun to play a great role in the surveying and mapping industry， and has made no small achievements. The vector accuracy of vector data acquisition based on 3D model is completely dependent on the accuracy of 3D model. Based on practical experience， this paper qualitatively analyzes the factors that affect the model accuracy in the three stages of aerial photography， image control measurement and model production， and hopes to play a guiding role in the production of 3D model.
【关键词】倾斜摄影测量;三维模型;精度;影响因素
【Keywords】oblique photogrammetry; 3D model; accuracy; influencing factors
【中图分类号】P231 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）02-0185-02
1 引言
目前，倾斜摄影测量在全国各地开展得如火如荼，从无人机制造，相机生产、软件研发到数据获取处理，形成了一条完整的生产链。为了能在满足项目精度需求的前期下，以更少的作业人员和更快的作业速度完成项目，研发人员和作业人员都在不断努力，尝试着各种方法希望将倾斜摄影应用到各行各业。但作为测绘产品，几乎所有数据的检查验收都有一项精度指标，精度是否满足要求直接关系到以后的成果应用，利用倾斜摄影生产的三维模型也不例外。下面从模型生产的全阶段分别叙述影响模型精度的因素，以便更好地进行技术设计，保证成果满足项目需求。
2 航空摄影阶段
航空摄影阶段的任务主要是多视角影像数据和相应位置姿态数据的獲取。倾斜相机的选择、航线的规划设计会对后期模型生产的精度产生很大的影响。
2.1 影像数据的影响
航空摄影测量已经经历了模拟和解析两个阶段，现正处于数字摄影测量阶段，数字航测的一个显著特点是后期内业生产时，主要依靠计算机视觉技术利用已知内外方位元素的数字影像，进行数量巨大的同名像点密集匹配，而倾斜摄影测量更是用到了多视影像密集匹配。影像数据质量的好坏会直接关系到匹配精度，对于后期3D TIN的构建和纹理映射都将会有影响。
影像数据的质量主要为影像色彩的质量。在没有云、雪、雾和天气等自然因素的干扰下，评价一幅影像数据质量的好坏主要看其光谱信息是否获取完整，分解率是否满足要求。这些因素主要依赖于摄影传感器的质量。评价一台传感器质量主要看其设备参数，传感器中CCD或CMOS尺寸越大，像元越大，其感光能力越强，成像效果好，获取的光谱信息越丰富，拍摄的影像数据的色彩也就越自然，分解率也高，但CCD或CMOS尺寸越大，制造工艺也越难，造价也越高。
目前，用于倾斜摄影的设备主要有：需要载人飞机搭载的专业航摄仪，如RCD30、SWDC-5等，其全都基于中画幅相机制造;需要无人机搭载的倾斜相机，如DG3、KQ-CAM5等，均基于小画幅相机制造。所以，在选择倾斜相机时，不能只关注相机像素，需要从传感器的各方面入手，依据项目的需求选择合适的倾斜相机进行作业，使精度和效率均有兼顾。
对于各类倾斜相机，在获取目标物影像时，还需要按照要求依据成图比例尺，设计合理的地面分辨率。因后期空三加密中的像点量测、相对定向的精度都直接和地面分辨率有关。
2.2 POS数据的影响
POS数据主要包括GNSS位置信息和IMU姿态信息，这两项数据是后期空三加密中，共线方程用到的初始值。精确的POS数据可以在多视影像联合平差中与地面像控一起，保证空三加密求出的外方位元素和加密点解更加严密。而精度较低的POS数据可能达不到预期的效果，而需要更多的像控点测量进行弥补，才能保证最后的成果精度。
目前，市场上主流的倾斜相机基本都具有输出POS数据的能力，但部分设备输的GNSS为伪距单点定位成果。部分设备输出的POS需要利用精密星历解算，精度高于伪距单点定位。部分设备在进行航摄过程中利用PPK技术，在地面架设基站，最后POS输出时进行联合解算，精度高于精密单点定位，但作业半径要小于精密单点定位作业模式。 作业期间，需要根据工程对成果精度的要求、测绘环境的复杂程度综合考虑使用何种POS设备，以便在满足成果精度的前提下，有效降低外业像控测量的工作量。
2.3 重叠度的影响
数字摄影测量的相关规范中，对重叠度都有相应的要求，保证不能出现绝对漏洞和相对漏洞，同时也保证后期的计算机自动匹配程度和匹配精度。重叠度越大，匹配越容易，前方交会的精度也会提高，对后期模型的平面和高程精度都会有影响。
目前，行业内并没有可以参考的倾斜摄影相关标准。根据已有的航摄规范和作业经验，进行倾斜航空摄影时，航向重叠度一般为80%，旁向重叠度一般为60%～80%，较传统航摄的重叠度要大很多。足够的重叠度可以很好地保证同名像点在多张照片和多个视角上都能体现，防止在各视角影像上同时出现遮挡的情况，为后期的多视影像密集匹配创造更好的条件。
3 像控布设测量阶段
像控点是后期空三加密中绝对定向的主要依据，只有合理的布设方案和精确的点位测量，才能保证绝对定向的准确性，才能保证空三加密中加密点的准确性[1]。
《低空数字航空摄影测量外业规范》中，像控点的布设需要根据空三加密点的精度，反推航向基线间隔数。目前，虽然倾斜摄影相应规范并没有出台，但像控点的布设依然可以参考该规范进行设计布设，通过不同方案的比对，完成实验测试，保证成果精度满足要求。
依靠现在高精度的网络GNSS-RTK技术，像控点的测量已不同以往，平面位置精度可以很轻易地满足图根控制点的精度，高程需要通过付费解算的方式才能得到满足我国的1985高程基准的成果。但在进行外业测绘的过程中，要保证测量的解状态为固定解。
4 模型生产阶段
摄影测量技术的实现主要利用透视几何的原理，而光学镜片固有的透视失真，使每个镜头拍摄的照片都不同程度存有畸变，这就造成了成图比例尺与摄影比例尺之比的放大倍率在像片的不同部位不一致，尤以像片视场边缘最为严重。而利用透视几何原理，按照共线方程求解的外方位元素和加密点坐标成果都将受到影响，最后密集匹配形成的TIN和白膜精度也会有所损失。
為消除镜头的畸变，每台倾斜相机出厂均会提供镜头的校检报告，报告中会将每个镜头的内方位元素、径向畸变系数、偏心畸变系数，通过校检场实地校检的方式详细列出。在进行空三加密之前的工程建立时，需要将每个镜头的畸变参数输入软件中并与每张照片相对应，以便后期软件对照片进行校准，减少畸变对模型精度的影响。软件对畸变的优化校准如图1所示。
此外，不同的空三加密算法，如何利用POS提供的外方位元素，像控成果和像片，通过共线方程进行联合计算，减小误差，得出严密解，也是模型精度的影响因素之一[2]。
所以，内业生产需要选用市场应用口碑好、通用性强的处理软件，尽量减少人为干预，有效降低工作强度，提高模型生成精度。
5 结语
根据上述分析，利用倾斜摄影进行三维模型生产时，需要根据项目的特点和目的，综合考虑相机参数、地面分辨率、POS精度、重叠度、像控点的布设测量、镜头畸变差和软件空三处理能力对模型精度的影响，充分考虑各自的边际效应，合理选择设备和设计各项参数，生产适合项目要求的三维模型，精度高的模型更能为后期的矢量采集提供良好的基础。
【参考文献】
【1】汪承义，陈静波，孟瑜，等.新型航空遥感数据处理技术[M].北京：化学工业出版社，2016.
【2】张永军，张勇.大重叠度影像的相对定向与前方交会精度分析[J].武汉大学学报（信息科学版），2005（02）：126-130.
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