无人机倾斜摄影测量技术已经成为城市测绘、资源勘探的重要组成部分。作为一种现代化的勘探技术,无人机测量可以利用多台传感器从不同维度观察地物的三维数据,能够快速观察实景地物的真实面貌。在这个过程中,为了能够进一步提升数据处理的精准度,在无人机倾斜摄影测量期间应构建实景三维模型,利用三维模型所具有的高精度、高效率的优点解决测量实景问题,是文章研究的主要目的。1三维模型的构建方案1.1模型的构建方案三维模型构建基本流程如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.019.F001图1三维模型构建基本流程在Context三维实景模型建模软件中处理数据并实现三维实景建模;在模型数据处理中,通过低空无人机倾斜摄影测量方法,在对数据做预处理后,经三维实景模型对数据资料做进一步处理后,即可形成三维模型[1]。数据处理中,通过SIFT特征匹配算法获得无人机实景影像的特征数据,根据系统识别的影像结果与三维模型来匹配后,方便在三维模型中提取三角测量数据。通过光束法进行内业数据处理,根据方位元素控制点获得坐标的基础数据值,根据相片POS姿态数据做平差处理。在平差处理后对数据做三维重建,当低空无人机拍摄图像后,即可恢复场景的位置信息,进而帮助工作人员记录物体的真实三维信息资料[2]。通过三维模型技术则可以借助低空无人机摄影测量技术调整实景采集的角度,根据纹理映射结果判断影像信息资料,此时根据目标影像信息与三角网相匹配后,原始影像与核线影像之间的坐标存在变换关系,通过双线性内插法获得影像灰度值,根据图像处理结果可在3D模型的基础上对图像结构做精细化处理,具有自动生成三维模型数据的优势。1.2图像采集过程分析为提升三维模型数据处理的精准度,在图像数据处理中通过低空无人机倾斜摄影技术,可以按照公式(1)处理几何数据。D=h×tana+bd=h×tana+b (1)式中:D——倾斜影像中的地物水平最大值;h——无人机的飞行高度;a——无人机的相机倾斜角度;b——无人机相机的可视角度;d——多视倾斜影像中,地物与无人机的最小值。1.3图像的预处理过程研究中,考虑相机透镜在拍摄过程中经常会发生径向畸变情况,通过平面扫描仪的图像传感器能够形成特定的数据平面,根据坐标方程获得数据的畸变数据,修正其中的数据误差时,则按照公式(2)处理数据。Δxr=x0k1r2+k2r4+k3r6Δyr=y0k1r2+k2r4+k3r6 (2)式中:Δxr、Δyr——修正后的坐标值;x0、y0——原点值;k1、k2、k3——倾斜测量中的畸变参数;r——径向半径。通过图像处理方法可以切实保障数据完整性,避免因为畸变参数的存在影响数据处理结果。1.4倾斜影像的空中三角测量在空中三角测量中,可以通过多张连续高度重叠的影像模型,除了POS外,还需要增加其他与影像相关的POS数据。为保证数据精准度,可以通过影像同名点匹配以及自由网光束法平差等获得满意的匹配结果,根据控制点内容对数据做反复计算,最终获得满足精度标准的数据后,经多次解算即可获得满足精度标准的数据资料。同时在低空无人机航拍过程中,需要利用相关设备对同一地物做多角度拍摄后,在空中三角测量匹配连接点时会因为角度等问题出现大量点,若将测区中的所有点做解算后将投入较多时间。研究中通过基于局域网的多机多节点做并行处理,最终实现了改进,提升了数据处理效率。(1)根据低空无人机航摄区域与航拍数量分布情况,将三角测量大区域划分为若干个小区域,每个小区域可针对多节点做连接点匹配,最终达到平差解算的目的,最终处理后的数据精度满足规范要求[3]。(2)将外业控制点与质量检查点计算后,遵照裸眼立体的方法将控制点布设在正确的位置上,能够提升数据计算结果的精度。(3)将加工处理后的外业控制点与数字区域网做二次计算后,将区域网数据定义在对应的坐标系下,可确定模型中的关键坐标数据。(4)通过将子区域网的数据进行合并后,可形成一个多点位、多角度地连接网络,该技术方案具有图像覆盖率高,误差低的优点,能够形成大局域网体系,数据精准度更高。(5)在提交低空无人机倾斜摄影测量结果精准,可将空中测量结果做数据计算并确定方位元素,成果可以用于三维的实景建模,数据处理精度更高。1.5纹理映射为了获得三维模型的纹理映射结果,需要以参数化为目标曲线,获得三维物体表面的(x,y,z)坐标值与二维纹理空间点位的(u,v)值之后形成纹理映射。0⇒x=Xu,vy=Yu,vz=Zu,v (3)式(3)中,在数据范围[0,1]内可通过若干个参数以及求值程序计算获得映射结果,根据参数与纹理空间对三维实景的映射结果做进一步的加工[4]。2三维模型的仿真测试2.1无人机参数在本次仿真分析中使用了大疆某型号四旋翼无人机,将SONY A7相机搭设在无人机中,无人机的相关参数如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.019.T001表1无人机的相关参数评估项目参数值飞行半径/m3 200~3 500飞机尺寸/mm1 050无人机飞行时长/min40~60爬升速率/(m/s)8.0抗风能力/(m/s)≤12最高飞行高度/m1 100~1 200巡航速度/(m/s)16飞机重量/g3 000任务荷载/g1 000最大飞行功率/W1 2002.2仿真对象的选择与图像处理系统检查点坐标信息如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.019.T002表2系统检查点坐标信息检查点序号文章介绍的方法传统方法1(281.93,250.94,23.49)(282.31,250.34,52.91)2(38.15,197.22,63.53)(36.30,197.82,58.46)3(116.38,130.42,26.86)(118.76,138.63,80.42)4(59.33,82.09,42.03)(60.25,86.88,74.52)根据无人机所采集的海量数据,随机筛选一幅影像图像做数据处理,利用文章所介绍的方法对数据进行处理后,分别比较文章数据处理方法与传统方法之间的差异。在按照电位做图像处理后,图像处理结果如图2所示。图2图像处理结果10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.019.F2a1(a)文章介绍的方法10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.019.F2a2(b)常规方法由图2可知,在分别比较两种图像后,可以明显发现文章所介绍的三维模型可行性高,能够保证低空无人机倾斜摄影测量技术勘察结果的图像精度,值得推广。2.3模型的精细化修改与更新功能方面,考虑到无人机倾斜摄影平台在运行过程中会因为外部因素的影响而导致影像结果出现偏差,如气候因素所导致的相机倾斜等,这种现象会导致三维模型数据结果出现偏差,无法满足低空无人机倾斜摄影测量的要求,使图像内容出现纹理扭曲以及破洞等问题,最终导致模型内容发生缺陷。针对该问题,在图2所示的图像处理中可以对三维模型内容进行改进与完善,关键内容包括:(1)对模型结构的修复。主要是指修补模型中的破洞,以及删除悬浮物等,使模型图像内容更加便于识别。(2)纹理的修复。是指通过替换模型中的扭曲内容或者协调图像的色彩不均匀的纹理等提升图像质量。(3)对细节的进一步修饰。在模型精细化改造中,发现无人机倾斜摄影过程中某些纤细的内容建模效果差,如无人机摄影中树木的发生模型结构不完整情况,则需要对图像内容做进一步装饰。2.4应用效果评价根据案例模型仿真结果可以发现,文章所述测量实景三维模型技术可以显著提升低空无人机倾斜测量结果的精度,优点表现为:通过该三维模型技术可以显示建筑物的纹理信息,该三维模型基础的出现可以解决传统无人机航拍中无法细化建筑物表面纹理细节的相关问题,用户在无人机图像处理中可以从不同角度观察地物状态,充分还原建筑物样貌,数据精准度较高;该技术的出现可以提供更多可测量的数据,可以通过三维模型输入地面的特征点,配合地表标高、高程等建筑物信息形成模型数据参数。因此在该三维模型技术中,建筑物的长、宽、高、面积等信息均可以识别和测量;该三维建模技术的建模速度更快,能够在短时间内提取无人机倾斜测量中的高清数据资料,满足工程规划、消防救灾等工作要求,具有技术可行性。3结语文章介绍的实景三维模型构建方法满足低空无人机摄影测量的要求,对该技术方案进行仿真测试,结果表明,该方案技术优势显著,可以获得更加清晰的摄影测量图像信息,在技术上具有可行性,该技术下所构建的三维实景模型精度更高,能够为建筑物综合管理以及消防等提供必要依据,具有进一步推广价值。
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