影像匀光在倾斜摄影实景三维建模中的应用

苏洋洋

（杭州市勘测设计研究院，浙江 杭州 310012）

倾斜摄影实景三维建模作为一种新型的地理信息三维数据获取技术，是在同一摄影平台上搭载多台传感器，从多个不同的角度进行数据的采集，以快速、高效地获取丰富的数据信息。其具有高效、直观、真实感强、消息量大、应用广泛的特点，目前已经普遍应用于城市规划、水利、交通、旅游等领域。但由于户外成像的光源一般是日光，在拍摄过程中各个局部纹理影像的获取往往会由于不同成像时间的不同环境和拍摄角度而形成整体色调、光强分布的明显差异，导致最后形成的三维对象表面纹理存在明显的不一致和失真。对数字航空影像进行消除不均匀关照的处理，称为匀光处理。文章采用影像匀光处理技术，在模型处理前对倾斜摄影拍摄的照片进行匀光处理，使不同时间拍摄影像按照标准模板进行统一调整，整体上趋于一致；同时，对该方法对模型的效果影响和精度影响进行了分析和评估。

1 技术路线

影像匀光处理技术路线如图1所示。该技术主要包括倾斜摄影、样片制作、影像匀光、匀光结果检查、空三处理及模型处理六个方面。

图1 技术路线

（1）样片制作。为匀光准备标准样片。标准样片最好是该项目中效果较好的倾斜摄影照片，可进行适度处理，以达到较为理想的效果。

（2）影像匀光。样片制作完成后即可通过影像处理软件进行匀光处理。文章采用Inpho的OrthoVista影像处理模块进行匀光处理，建议先对少部分影响进行处理，对结果满意后再进行全部的影像处理。匀光处理时可选择相对调整和绝对调整方式，在原始航片差异特别大时建议采用相对调整的方式，差异较小时采用绝对调整方式。匀光主要对明暗、对比度、色彩饱和度、色彩进行调整。

（3）结果检查。匀光结束后应进行处理结果的检查。主要检查是否存在漏处理、异常处理以及处理后未达到预期的情况。对于处理结果未达到预期的，应分析原因以对样片进行调整。

（4）空三及模型处理。在全部的影像处理结束后即可按照常规方式进行空三处理和模型处理。在空三处理时，对匀光前照片效果较差的区域建议放置人工连接点，增强空三的可靠性。空三完成后，应重点检查自动连接点的密度、分布及可靠性。各项精度均符合后可开始进行模型的处理。

2 效果分析

为比较匀光对模型效果的影响，文章分别对未匀光处理和匀光处理的倾斜影像进行了空三和模型输出。模型效果如图2和图3所示。

图2 未匀光处理模型

图3 匀光处理模型

通过实际模型整体比对分析，影像匀光处理后模型整体效果得到了较大的提升。未匀光处理模型比较暗，色彩饱和度较低，整体视觉感受较差。匀光处理后的模型亮度适中，色彩鲜明，能够较好地反映地物情况，整体视觉感受较好。基本与影像效果一致，比较符合预期。

除整体对比分析外，也对模型局部和细部进行了比对分析。从局部效果来看，匀光后模型整体上要优于未匀光的模型。无论是视觉效果还是局部识别度都得到了较大的改善。但是匀光后的模型细节也存在一定的不足，匀光后少部分区域模型细节会丢失、弱化或变形。模型细节的丰富程度有一定的损失或降低，但对正常浏览效果没有构成明显影响。因此，通过影像匀光的技术对原始倾斜航片进行处理可以明显改善模型整体效果。

3 精度分析

倾斜影像使倾斜摄影的空三加密有了更多的多余观测和同名约束，在理论上可以使空三精度提高，但是由于倾斜影像变形严重、尺度不统一等原因导致倾斜影像空三加密的整体精度不如垂直影像。因此，对影像进行匀光处理是否会使空三精度降低甚至不符合要求值得重点关注。文章对匀光前和匀光后的空三结果进行了分析，匀光前后空三处理采用同样的方式方法，相同的技术参数设置以及相同的控制点。从空三精度报告来看，匀光前后没有显著的精度差异。

（1）相片位置可靠性。匀光前后相片可靠性如图4和图5所示。通过对比可知，整体上匀光前后相片位置误差都较小，并且较为可靠，维持在合理的范围内。匀光后相片位置可靠性较差的相片数增多，精度和可靠性有下降的趋势，但在合理的范围内。

图4 匀光前相片可靠性

图5 匀光后相片可靠性

（2）自动连接点误差。匀光前后连接点可靠性如图6和图7所示。通过对比可知，整体上匀光前和匀光后自动连接点可靠性均较好，除测区外围及内部水面区域极少部分连接点外，其他连接点可靠性均较高，整体分布也基本一致，没有明显的趋势性变化。

（3）空三中误差比较。匀光前后主要的空三中误差对比如表1所示。通过空三结果中误差对比分析可知，匀光对空三精度基本没有影响，因此对模型精度基本不存在影响。

4 结束语

图6 匀光前连接点可靠性

图7 匀光后连接点可靠性

表1 空三中误差

通过对比分析，影像匀光能够较好地解决因天气和光照原因造成的影像效果不理想及不统一的问题，进而能够有效改善模型效果，同时对模型精度也没有造成明显影响。虽然对模型细节有一定的损失，但仍然是一种值得在倾斜摄影实景三维建模中应用和推广的技术与方式。如何确定合理的影像匀光的指标和标准确保对模型的影响在可控的范围内，是值得进一步去研究的方向。