五分钟学GIS | 倾斜摄影技术

本期五分钟学GIS我们来介绍倾斜摄影技术。

什么是倾斜摄影技术

倾斜摄影技术是通过在飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个侧视等不同角度采集影像。我们可以将它理解为一项进化了的摄影测量技术，它比传统的摄影测量多了四个倾斜拍摄角度，从而能够获取到更加丰富的侧面纹理等信息。

倾斜影像的采集

倾斜影像的采集主要分为两个过程，首先是设备准备，其次是设计航线和实拍。
**设备准备：**倾斜影像采集的设备包括航空器和倾斜相机。航空器可以是有人飞机或无人机，有人飞机多用于特大面积倾斜摄影，如国产的运十二、运五，中等规模作业可用无人直升机，如七维航测无人直升机，小范围作业可用多旋翼无人机，如红鹏无人机、大疆无人机等。倾斜相机方面，大多数倾斜相机采用下视、前视、后视、左视和右视五个镜头来获取地物倾斜影像，比较常见的如徕卡RCD30倾斜相机、四维远见SWDC-5倾斜相机、红鹏微型倾斜相机等。

**设计航线和实拍：**倾斜摄影的航线设计采用专用航线设计软件进行设计，其相对航高、地面分辨率及物理像元尺寸满足三角比例关系。设备组装就绪并规划好路线后，实施航拍，得到具有一定重叠度的多角度影像，倾斜影像采集部分就完成了。

倾斜模型生产

倾斜摄影获取的倾斜影像经过影像加工处理后可以进行模型生成。建模技术主要分为三类，他们分别是：
第一类倾斜摄影+机载激光扫描建模，即由倾斜摄影提供模型纹理、由机载雷达构建模型骨架，再通过适度的人工干预生产出倾斜摄影模型，常见输出的格式有*.obj、*.max等，目前具备这种建模工艺的数据厂商有：武汉华正、东方道迩及中科遥感等。
第二类倾斜摄影+人工干预建模，也是对倾斜摄影数据进行自动化建模，再通过修饰软件进行人工修饰。修饰的细节包括：模型的骨架变形、建筑物底部纹理的遮挡等。修饰后的模型成果不破坏自动化模型成果的结构。目前具有这种工艺的软件有天际航的DP-Modeler等。
第三类倾斜摄影自动化建模，只通过倾斜摄影获取的多视角影像来生产模型，即Mesh（三角网）模型。目前市场上的自动化建模软件包括街景工厂、Smart3DCapture、Altizure、PhotoScan、Pix4D、无限界等。这种模型输出的常见格式有osgb、dae、obj、s3c（Smart3D私有格式）、3mx(轻量级的开放格式)等。自动化建模的过程可以简单描述为：先经过几何校正、联合平差等一系列复杂的运算得到带有高程的稠密的点云数据，抽稀，然后构建一张连续的TIN三角网，最后把拍摄的高分影像贴到三角网上，最终得到倾斜摄影模型，如下图。

倾斜摄影建模技术有哪些优势？

传统三维建模通常使用3ds Max、AutoCAD等建模软件，基于影像数据、CAD平面图或者拍摄图片估算建筑物轮廓与高度等信息进行人工建模。这种方式制作出的模型数据外观表达美观，局部细节变形率低，但精度较低，纹理与实际效果偏差较大，并且生产过程需要大量的人工参与，制作周期较长。倾斜摄影技术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，并且有效提升模型的生产效率，采用人工建模方式一两年才能完成的一个中小城市建模工作，通过倾斜摄影建模方式只需要三至五个月时间即可完成，大大降低了三维模型数据采集的经济代价和时间代价。

倾斜摄影模型与GIS结合

倾斜摄影模型作为三维GIS数据的重要来源之一，越来越多地应用到三维GIS项目中。在智慧城市的管理体系、旅游、景区等行业应用中，倾斜摄影模型能让用户从多个角度观察地物，更加真实地反映地物的实际情况，弥补基于二维地图及传统虚拟三维模型应用的不足。
倾斜摄影模型通过单体化操作，可以实现与其他传统三维模型数据同样的GIS应用，如模拟建筑物拆除，满足规划行业应用；对建筑物进行高度、长度、面积、角度、坡度等的量测，应用于水利、能源开采等管理系统；在三维场景中能看到房屋侧面的紧急出口，倾斜模型上任意点之间可以进行准确量算，比如计算通视距离、设计制高点和狙击方案等，这些事发地周围的详细信息，在应急行动中关乎人员及财产的安全，有时甚至能起到决定性作用。
最后，我们以倾斜摄影模型应用案例来结束本期的内容，在我国地理信息产业今后的发展中，倾斜摄影技术无疑将扮演更加重要的角色！