基于多视倾斜影像三维重建技术

    近年来，国际地理信息领域将传统航空摄影技术和数字地面采集技术结合起来，发展了一种称为机载多角度倾斜摄影的高新技术，简称倾斜摄影技术。倾斜摄影技术通过在同一飞行平台上搭载多台或多种传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集地面影像，从而克服了传统航空摄影技术只能从垂直角度进行拍摄的局限性，能够更加真实地反映地物的实际情况，弥补了正射影像的不足，通过整合POS、DSM及矢量等数据，进行基于影像的各种三维测量。基于人眼视觉适合于观察倾斜透视像片的特点，倾斜影像测量技术更适合于网络环境应用。针对倾斜摄影数据的特点，人们进行了多方面的研究探讨。该技术可广泛应用于测绘、国土安全、城市管理等领域。

    机遇倾斜影像的后期三维重建将用户引入符合人眼视觉的真实直观世界。三维重建技术的应用使目前三维智慧城市的建模成本大幅度降低。由于倾斜影像多角度拍摄的独特性，倾斜影像后处理三维重建技术已经成为国内外学者研究的热点。

    近年来三维重建算法在重建质量、稳健性以及计算效率等方面都取得了很多新的进展。随着场景三维重建计算精度和自动化程度的不断提高，该技术在测绘规划、视觉导航、三维模型获取、医学图像建模、建筑考古、立体视频等民用领域，以及战场态势感知、战场环境监测、虚拟军事训练等军事领域都得到了广泛的应用。

    场景重建是从二维影像向三维空间的逆变换，对噪声和离散化过程引起的误差非常敏感，多视影像的联合使用可以有效降低三维目标向二维影像投影时因信息损失造成的干扰。

    传感器技术的不断发展极大地提高了影像的成像质量，也丰富了用于场景重建的数据源。例如无人机遥感平台能在复杂地形环境下快速获取大量地面的低空高分辨率影像；高航向和旁向重叠度航空摄影以及航空多视角摄影可以获取地面目标多角度、多层次的遥感影像；而在航天领域，我国成功发射的多颗对地观测卫星，逐步形成了全方位的全球立体对地观测网络；在深空测绘领域，嫦娥一号至三号轨道探测器为我们提供了高精度、高分辨率的月球形貌影像数据。除此之外，消费级的摄影机、数码相机甚至智能手机，都可以获取目标的数字影像，而且互联网上还包含丰富的影像资源，这些影像均可以作为三维重建的输入，极大地扩展了三维重建的有效影像数据源，因此利用这些数据源来恢复目标的场景结构极具理论意义与实用价值。但在很多情况下，由于影像间的空间尺度以及拍摄视角可能存在较大差异，并且场景中缺乏先验信息，基于多视倾斜影像的三维重建依然面临诸多挑战。

    本项目研发目的是将多视倾斜影像后处理空三加密及区域网平差算法，基于倾斜影像实现实景三维模型中的密集点云匹配构三角网、纹理自动映射技术，基于数字影像立体测量高精准的构建建筑物模型及模型纹理提取技术基于一体进行研究开发，减低三维城市建设基础数据生成成本，打破国外软件垄断倾斜市场局面，实现实景三维模型自动化生成，解决单体化模型后期再智慧城市建设中的应用问题。

倾斜影像具备以下特点：

（1） 反映地物周边真实情况

相对于正射影像，倾斜影像能让用户从多个角度观察地物，更加真实的反映地物的实际情况，极大的弥补了基于正射影像应用的不足。

（2） 倾斜影像可实现单张影像量测 

通过配套软件的应用，可直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用。

（3） 建筑物侧面纹理可采集

          针对各种三维数字城市应用，利用航空摄影大规模成图的特点，加上从倾斜影像批量提取及贴纹理的方式，能够有效的降低城市三维建模成本。

（4） 易于网络发布

倾斜影像的数据格式可采用成熟的技术快速进行网络发布，实现共享应用。

       倾斜摄影技术具有以下特点：

（1）真实性

倾斜摄影镇三维数据可写实地反映地物的外观、位置、高度等属性，增强三维数据带来的高沉浸感，弥补了传统人工建模仿真度低的缺陷。

（2）高效率

倾斜摄影技术借助无人机等多种飞行载体，可快速采集影像数据，实现全自动化三维建模。1-2年的中小城市人工建模工作，借助倾斜适应技术只需3-5个月时间即可完成。

（3）高性价比

倾斜适应数据是带有空间位置信息的可量测影像数据，能同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG等多种成果，可替代传统航空摄影测量。

         第二，倾斜摄影空三加密及区域网平差技术解决了多角度摄像同时进行匹配处理问题。

         第三，倾斜摄影自动化实景三维模型重建技术，打破了国外软件垄断国内倾斜三维市场问题，同时解决了测绘数据保密安全问题。

         第四，倾斜摄影建筑物单体模型重建技术，解决了三维模型在数字城市后期无法深层应用的问题。

         第五，降低了三维城市建设基础数据成产成本。

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