Leica RCD30倾斜摄影技术及其在实景三维建模中的应用研究

李岭

摘 要：传统的航空摄影测量主要对地物的顶部进行量测，而对地形地物侧面信息的感知具有局限性，于是倾斜摄影测量成为近年来国际上快速发展的一项新技术。倾斜摄影测量不仅能真实地反映地物情况，而且可通过先进的定位技术嵌入精确的地理信息，提高三维城市模型的精度和建模速度，大幅降低三维城市建模成本，使数据更具时效性，拥有更好的用户体验。本文提出一种半自动城市三维单体模型提取的方法，并采用Leica RCD30数据对该方法及其实现过程进行验证。

关键词：倾斜摄影测量；Leica RCD30；三维建模

中图分类号：P235.2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）20-0016-02

Research and Application of Leica RCD30 Oblique

Photogrammetric Technology in Urban 3D Modeling

LI Ling

（Hexagon Solutions （Qingdao） Co.， Ltd.，Wuhan Hubei 430074）

Abstract：The traditional aerial photogrammetry mainly measured the top of the ground objects， while the perception of the side information of the terrain is limited， so the tilt photogrammetry has become a new technology which has developed rapidly in the world in recent years. The tilt photogrammetry can not only reflect the real situation， but also can embed accurate geographic information through advanced positioning technology， improve the precision and speed of modeling of the 3D city model， greatly reduce the cost of 3D city modeling， make the data more timeliness， and have a higher user experience. In this paper， a semi-automatic method for extracting 3D urban monomer model was proposed， and the method and its implementation process were verified by Leica RCD30 data.

Keywords： oblique photogrammetry；Leica RCD30；3D city modeling

1 研究背景

随着“智慧城市”“数字城市”建设的全面铺开，构建数字城市实景三维模型也逐步步入快速发展阶段。从最初的手工建模、基于工具的建模已发展为基于LIDAR点云和倾斜影像的三维建模。

近年来，倾斜摄影平台的出现也推动着三维建模技术的发展，如美国Pictometry公司的Pictometry摄影测量系统、徕卡RCD30相机，北京四维远见信息技术有限公司的SWDC-5等[1]。在2008年第21届ISPRS大会上，倾斜摄影测量技术是大会的重要议题。新型多角度、多线（面）阵数码相机的应用为多视影像和大角度倾斜影像的采集提供了可能；高性能倾斜摄影测量处理系统的改进使得倾斜影像的处理更加快捷。

本文以倾斜摄影测量技术为基础，以采用徕卡RCD30传感器采集的瑞士苏黎世的倾斜影像为研究对象，对其精度和生产效率进行评定。

2 RCD30倾斜航摄仪

Leica RCD30 Oblique相机系统是目前世界上最先进的倾斜摄影测量相机，是国际著名精密光学仪器制造商瑞士徕卡公司设计制造的最新产品，专为高精度三维城市模型和带状地形图应用而设计。Leica RCD30 Oblique相机拥有独特的摄影测量设计特点，不仅能提供优质的图像质量和极高的精度，也具有极高的灵活性。Leica RCD30 Oblique相机中的单个镜头均为可量测型，为数字城市建设提供了绝佳的数据获取方案。

3 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影技术是在传统垂直摄影测量的基础上增加前后左右4个方向的传感器，同时拍摄1组正摄和4个倾斜等5个不同角度的相片，记录坐标、航高和重叠度等参数，然后对倾斜影像进行分析和整理。

4 基于Leica倾斜摄影技术的半自动三维建模方法

本节详细介绍一种基于RCD30倾斜摄影的半自动三维建模方法，通过该方法可以快速提取实景单体三维城市模型。首先，在3D摄影测量工作站上提取建筑物屋顶的边廓线，结合点云（LiDAR或者DSM数据）和DTM，生成白模；其次，基于倾斜影像进行纹理映射。作业流程见图1。

4.1 空中三角测量

光束法空中三角测量系统具有严密的平差数学模型等先进技术，为带有GPS/IMU定向数据的Leica RCD30传感器提供了完善的工作流程，不需要很多地面控制点，而且保证了较好的精度。

4.2 倾斜点云自动提取系统

该方法基于SGM算法直接从影像中产生高密度点云。这些点云不仅为每个点提供了X，Y，Z坐标信息，还包含了从原始影像中获取的辐射信息。

4.3 屋顶边廓线采集

基于航空影像和空三加密后的数据，在全数字摄影测量系统平台下，采集建筑物的外轮廓与高程，并生成框架模型。

4.4 自动纹理贴图

采用基于倾斜的自动纹理注册和映射技术，将获取的影像与建筑物表面进行最佳匹配[2]，从而选择质量最佳的影像作为纹理数据源，并利用遮挡算法自动计算遮挡。建筑物纹理重建效果如图2所示。

5 实验及评价

2014年1月，徕卡公司使用RCD30倾斜相机获取了瑞士苏黎世70km2的倾斜影像数据，数据地面分辨率为8cm，像素大小为5.2μm，影像尺寸为10 336pixel×7 788pixel。本文利用徕卡倾斜数据处理平台生成了该地区的三维模型。

经过空三定向，最终本测区控制点在X，Y，Z方向的中误差分别为0.071、0.074m和0.083m，最大误差为0.12、0.10m和0.14m，精度较好。

该方法建立的三维模型采用真实的影像，保证了模型的高精度和真实性。苏黎世的三维模型效果见图3。

经过统计，三维建模的平均速度为0.25km2/（人·天）。采用人工建模方式要花费几年的时间才能完成，而通过倾斜摄影的方式，几个月即可完成，大大提升了工作效率，降低了成本。

6 结论

通过以上研究可以得出：①本文提出的基于Leica RCD30的三维建模方法相对于传统三维建模来说自动化程度高，解决了传统建模纹理采集、粘贴耗时耗力的问题，提升了三维建模的效率；②倾斜摄影是从高空获取地面信息，对于遮挡严重或房屋密集的区域可通过补拍或街景融合进行建模，达到預期效果；③该建模方式能提取单体化的三维建筑物模型，不仅可用于三维可视化浏览，还可进行可视化查询和分析，应用价值较高。

参考文献：

[1]张平，刘怡，蒋红兵.基于倾斜摄影测量技术的“数字资阳”三维建模及精度评定[J].测绘，2014（3）：115-118.

[2]闫利，程君.倾斜影像三维重建自动纹理映射技术[J].遥感信息，2015（2）：31-35.