河南城建学院本科毕业设计 第一章 引言
1.1传统建立城市三维模型的方法
传统建立城市三维模型的方法是，先要将需要建立模型的区域划分为若干个测区，采用外业人员手工拍照的方法，结合正摄影像，得到建筑物的结构和纹理，然后通过内业人员的处理，测区平面矢量图，屋顶矢量图等数据，建立白模，通过拍摄的纹理分析模型的细部结构，最后将拍摄的纹理处理后贴在白模上。
1.2传统建立城市三维模型的弊端
传统建立三维城市模型的弊端在于，外业人员工作量大，拍摄时间长，存在漏拍等问题，导致内业人员只能靠猜测来分析部分建筑物的细部结构; 由于拍摄角度的原因，内业人员往往看不清屋顶的细节，照片的拍摄顺序也不一定符合内业人员的观察习惯，照片顺序凌乱，浪费了很多建模的时间，纹理拍摄的倾角不同，导致内业人员制作纹理时遇到困难。
1.3倾斜摄影测量的技术特点
相对于正射影像，倾斜影像能让用户从多个角度观察被制作建筑，更加真实地反映地物的实际情况，极大地弥补了基于正射影像分析应用的不足，通过配套软件的应用，可直接利用成果影像进行包括高度 长度 面积 角度 坡度等属性的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用， 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，能够有效地降低城市三维建模成本。
1.4倾斜摄影测量的意义
倾斜摄影测量不仅能够真实地反应地物情况，而且可通过先进的定位技术，嵌入精确的地理信息，更丰富的影像信息，更高级的用户体验，极大地提高了航摄影像处理的速度。倾斜影像技术的应用，使目前高昂的三维城市建模成本大幅降低，大大提高三维城市建模的速度。
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1.5线阵相机系统
三线阵 ADS40/80 相机系统可以获取高分辨率的影像，通过连续推扫式成像，其前视和后视相机可以提供同一航带上地物的倾斜影像。相机的前视倾角约为 28 度，后视倾角约为 14 度，获取的多视影像可以较为清晰地反映出地物的侧面纹理特征。此类影像处理很复杂， 需要伴随高精度的 POS 数据，生成多级影像产品，但前后视倾角难以获取地物完整的侧面轮廓。三线阵相机系统天宝 AOS 倾斜相机系统由 3 台大幅面数码相机组成，一台下视获取垂直影像，另外两台获取倾斜角度在 30 度到 40 度之间的倾斜影像。通过旋转型架构结构，实现前后左右倾斜和垂直五个方向的摄影。整个镜头在曝光一次后自动旋转 90 度，以此获取地物四个方向上的侧视影像。 五相机系统SWDC-5 倾斜摄影相机由 5 台哈苏 H3D 相机组成，中间一台垂直摄影，其余四台分别向四个方向进行倾斜摄影，其倾斜角在 40 度到 45 度之间，相机上方安置有 IMU 导航系统， 同时集成 GPS 定位系统，可以在曝光瞬间准确获取相机倾角及外方位元素。因此可以较为完整地获取地物侧面的轮廓和纹理信息。其产品包含两级影像：具有一般分辨率的“Community” 级影像和基于其分割得到的较高分辨率的“Neighborhood”级影像。倾斜影像处理系统伴随多角度相机的是倾斜影像处理系统的快速发展。美国公司推出的倾斜影像处理软件，能够较好地实现倾斜影像的定位量测、轮廓提取、纹理聚类等处理功能。法国 Infoterra 公司的像素工厂Pixel Factory作为新一代遥感影像自动化处理系统，Street Factory 子系统可以对倾斜影像进行精确的三维重建和快速的并行处理。此外，徕卡公司的 LPS 工作站、AeroMap 公司的 MultiVision 系统、Intergraph 公司的 DMC 系统等， 都陆续开发了针对倾斜影像的量测、匹配、提取、建模等模块。 Pictometry 倾斜影像处理软件提供了倾斜影像管理工具 EFSElectronic Field Study，可以结合地理信息数据，对影像进行量测、定位、提取等操作，并对基于影像建立的模型做出一定的分析和可视化。其产品目前已在微软的 Virtual Earth 中得到应用。Street Factory 系统 Street Factory 系统通过对获得的倾斜影像进行几何处理、多视匹配、三角网构建，提取出典型地物的纹理特征，并对该纹理进行可视化处理，最终得到三维模型。依托 Pixel Factory 的影像解译和并行处理能力，Street Factory 仅依靠倾斜影像，无需 LIDAR 等辅助设备，便 可以提供逼真的建模场景和智能的处理流程，构建不同层次细节度下的三角网模型， 在精度、自动化、适应性及简洁性等方面都有着一定的优势。
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1.6 倾斜摄影测量应用及前景
倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限。其通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从 1个垂直4 个倾斜等5 个不同的角度采集影像，将用户引入到符合人眼视觉的真实直观世界，倾斜摄影成为建设数据城市中三维城市生产的新的高效的技术手段。
倾斜摄影测量技术以大范围、 、高清晰的方式全面感知复杂场景，系统具备高性能的协同并行处理能力，在新一代城市空间数据基础设施建设中有着巨大的发展潜力。随着我国城市化进程的快速推进，精细化的三维城市模型作为城市规划、建设、管理和信息化的基础数据，得到了日益广泛的应用并逐渐成为城市空间数据框架的重要内容。然而，传统的航空和卫星遥感手段主要针对城市建筑顶部进行模型重建，而对侧面的三维重建一直缺少有效的解决手段。倾斜摄影技术的发展，可以有效解决这一难题，将静态的，基于立体像对和点特征的传统摄影测量技术推向了一个新的高度，即动态的，基于多视影像和对象特征的实时摄影测量技术。因此，诸如高分辨率 DSM、逼真的真正射影像和精细的三维城市模型等倾斜摄影测量产品需求尤为迫切，而发展基于多平台多传感器的倾斜影像自动化、智能化的处理技术，已经成为新一代数字摄影测量的主导。
该技术可广泛应用于测绘，国土安全，城市管理等领域。机载多角度倾斜摄影测量系统是新一代摄影测量系统，其主要内容包括倾斜摄影数据获取技术和相应的数据处理技术，该系统数据获取部分一般由5个数码相机组成，包括1个垂直摄影相机和4个倾斜摄影相机，系统还可将摄影相机与机载GPS接收机(高精度IMU进行高度集成。摄影相机用来提供影像信息，而GPS IMU则分别提供位置和状态信息。通过在系统中集成定位定姿设备或进行空中三角测量处理可为每张拍摄的影像提供位置姿态信息用于后续的数据处理。
倾斜摄影测量系统是数字制图方面的一个重要突破，它使得非现场测量和分析不仅可在模型上进行而且也可在倾斜航片上进行。通过摄影测量方式获得的垂直正射像片和倾斜正射像片被整合到一个所谓的场景文件中而场景文件则提供了对任一地块建筑物构筑物及特征物的多维度多视向的观察。
国外在上世纪90年代就开始了对倾斜摄影测量系统的研究，目前该技术正成为研究的热点和市场的应用方向，美国pictometry公司是世界上最早研究倾斜摄影技术的公司。目前pictometry公司的倾斜摄影系统已在北美，欧洲得到广泛的应用。该类系统所具有的特点对人们使用地理空间信息的方式产生着很大的影响，它在美国的早期成功是用于突发事件方面的应用。而真正的发展始自于与微软的合作，并被集
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成进微软公司开发的BingMaps。Goggle Earth 也可能集成大角度的倾斜影像。在欧洲市场，2005年欧洲的布姆集团与pictometry公司签署了一份独家协议，利用pictometry公司系统进行12个国家的倾斜摄影应用。该项目覆盖西欧人口超过5万的所有城镇80%的人口，大约1000个城市，公司的欧洲项目图像分辨率为10cm~12cm，位置精度约0.5m。
在倾斜摄影数据获取方面国内测绘行业在2010年首次引进倾斜摄影技术。倾斜摄影技术的引进和应用将开辟遥感影像应用的新领域提高我国数字城市建设的基础数据获取效率。在倾斜摄影数据处理方面华正空间（武汉）软件技术有限公司自主研发了基于航空倾斜影像的地理空间信息和应用平台系统，该系统软件所具有的影像三维量测技术能为公共安全及应急指挥，城市规划与管理，通讯，城市工程，军事等行业和领域提供真实实时，可量测的三维空间信息服务。
经过地理参考定位的倾斜影像拓展了传统垂直影像的特性，提供了独特的透视观测方式，基于影像的三维测量系统具有如下的作用：1直接观测到建筑物的立体，垂直影像上是很困难或不可能的；2能够在影像上直接测量物体的高度 长度 面积等；3改善了对电杆，灯杆等物体的识别，而要在正射影像上进行这些识别是很困难的；4改善了非地图专业人员对地理信息的可读性；扩展了以倾斜影像的3D观测GIS数据的方式。
倾斜影像资料可以用于进行三维建模。常规的使用摄影测量技术3D建模是基于垂直摄影像片的，能够解决地面纹理，屋顶纹理和部分立面纹理，大部分的立面纹理需要依赖地面摄影来提供。地面摄影取立面纹理是一项耗费人力的繁琐工作。
建筑物的几何模型可以用数字摄影测量技术来建立，或通过激光雷达获取的DSM来建立。经过地理参考几何定位的倾斜像片可以用于给建筑物的几何模型提供纹理。如Blom3D可提供4种不同细节的3D模型：具有屋顶细节的3D块状模型；具有模板纹理细节及屋顶细节的块状模型；具有真实图像纹理细节的3D建筑物模型；真实图像纹理细节的3D建筑物。
真实图像纹理细节的3D建筑物模型是将倾斜航空像片技术与3D块状模型技术组合得到的。有了3D模型用户就能够看到实际的环境，从而帮助他们更加容易地找到感兴趣的地方。倾斜图像可让我们更轻松地使用地理信息，从而吸引并不熟悉地地图使用的新用户，这样可以加快地理信息的普及应用，充分发挥地理信息的作用。
固定轨道的卫星遥感、中高空有人航空摄影和固定翼无人机由于受航高和空间摄影姿态限制（垂直或小角度摄影），仅能获得部分主体建筑的高度信息和顶部纹理信息，难以满足城市建筑物三维数据获取的要求。本文结合新近发展的多传感器集成技术，从低空快速采集城市建筑物三维信息，以满足当前城市建筑物三维模型构建的需
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要，设计出一套利用无人飞艇载四组合特宽角相机同时实现高精度空中三角测量和建筑物景观三维建模的技术路线。一方面通过基于四相机重叠影像自动匹配的自检校，达到设备轻小型化条件下的精密等效中心投影构像，用以支持高精度空中三角测量；另一方面，通过自检校的四个方向倾斜的相机，达到一次飞行同时获得四方向建筑物侧面影像的目的。结合无人飞艇负载小、飞行姿态不稳定的特点，设计一种满足自检校要求的组合宽角相机结构，实现基于软式稳定平台的组合宽角相机系统的轻小型化。研究了组合相机自检校的原理和流程，实现组合相机自检校处理后匀光拼接成的等效中心投影影像，其拼接误差限定在 0.2 像元以内。针对低空大比例尺三维量测的需要，研究出一种具有自检校功能的地面标志，使得标志图像检测的误差可以通过误差三角形的方法予以校正，从而提高了摄影测量定位精度。
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