背景

　　随着倾斜摄影技术的迅猛发展，现在市场上倾斜摄影航摄数据处理和三维模型等成果生产软件多种多样各有特点，如何制定一个大家认同且合理的标准是值得大家讨论和深思的问题。在全国倾斜摄影联盟主办的倾斜摄影微课堂泰瑞专题课程中，泰瑞CTO黄栋博士以议题的形式，针对“倾斜摄影航摄数据处理和三维模型等成果生产标准制定”进行了研讨。

　　分享嘉宾

　　泰瑞CTO黄栋博士，于德国卡尔斯鲁厄大学获得计算机博士学位。北京航空航天大学软件学院特聘教授。曾在西门子公司通讯安全研究中心(SiemensCorporateResearch)工作,从事信息系统集成和通讯系统开发工作。专业领域包括移动互联网和基于位置服务应用研发和设计，SCADA和智慧工厂，GIS系统以及智慧城市系统等。目前工作和研究重点为实景三维数据处理和GIS应用，计算机视觉和人工智能等技术在地理信息行业的应用等领域。

　　课程开始

　　议题一

　　使用像控点进行空三时需要进行像控点刺点，倾斜镜头拍摄的航片像控点标志变形较大，如何能准确地确定哪个像素点是准确的像控点？(不同角度时？)

　　这个问题，可以从两个层面进行界定。一方面，在外业层面，建议在航飞之前做外业控制点的标志点，为避免倾斜镜头拍摄的航片像控点标志变形，选择白色（红色）油漆画十字形标志，并且在航飞之前试飞几张片子，观察十字标志是否能在照片中辨别。这样即便在倾斜片子上也能正确辨识十字交叉点且准确刺点。

　　另外一方面，在内业处理层面，尽可能做到智能化，提供辅助决策支持。现在PhotoMesh能够准确地预判像控点点位信息，为刺点提供辅助支持，减少人为误差。针对无人机数据，当每个控制点刺完第二张片子后，软件能根据三角测量方程计算一个预判的点位范围，当刺第三张片子时，软件可以自动计算出预判点，并且软件增加了采样误差和点位图例，让整个内业工作都能做的完全可视化、精准化。

　　议题二

　　空三运算质量指标包括：是否丢片，丢的是否合理，连接点是否正确，是否分层、断层、错位，检查点误差、像控点残差、连接点误差是否在限差以内。那么空三是否要输出外方位元素标偏差？为什么？

　　空三确实是很多问题的核心，对于高精度的测绘项目，仍需要输出外方位元素标偏差作为参考指标，大型航摄仪的参考意义更明显。空三常规的精度指标只能表现整体的精度范围，却不能看到局部的精度问题，因此外方位元素标偏差更能全面地表现。

　　其实在生产过程中，除了外方位元素标偏差之外，PhotoMesh还提供了一个可视化的空三前后姿态展示对比界面，可以直观地表现计算前后误差，方便判定成果质量。

　　议题三

　　现行规范三维建模流程、步骤、要求是针对传统手工三维建模来制定，而现在的真三维建模大多采用自动化建模来完成。针对自动化真三维建模技术该如何制定其流程、步骤及要求？

　　传统手工建模，其实从数据采集阶段到建模都有相应的规范要求，包括如何拍照采集、如何命名纹理（及模型）、如何界定构建模型的粒度等方面都做出了规范和约定。对于倾斜摄影实景三维建模，数据获取的标准，从建模流程上来说，基本上都会分为空三和建模两大块，各家软件都有自己的处理流程，也有各自输出的数据格式。目前关于数据处理的流程和步骤的规定意义不大，但是对输出数据的格式和精度可以有一个要求，譬如说空三解算阶段，空三完成后，需要检测空三精度、内外方位元素偏差，确定无问题后再进入建模阶段。点云阶段完成后，可以不打断工程，边建模边检查。Mesh阶段、一般纹理映射阶段是需要细致检查的，看有无纹理扭曲、错帖。最后再对输出成果的精度做检测，包括绝对精度和相对精度。绝对精度可以根据不同的比例尺或分辨率来做规范，相对精度定义比较简单。还有输出成果的类型，现在可以输出模型成果和栅格成果，PhotoMesh目前还可以输出DTM。整个流程的规范就完整了。

　　关于三维模型数据格式的规定以及相对精度具体该如何测定的问题，因为倾斜摄影数据成果形式是一个多层级的LOD结构，目前各种软件的输出分层规则和结构差异比较大，为后处理编辑和建库带来一定的障碍，比如PhotoMesh和CC的LOD就有很大不同。可以做一些必要的约定，方便成果的兼容和共享。格式可以规定成一种行业通用格式OSGB或OBJ，但通用的格式也会损失效率上的优势。

　　三维模型的格式，可以根据后续应用的不同而不同。比如基于WEBGL的Cesium瓦片，或者是用于后期修补的obj。现在基本上都会输出“通用”的OSGB，因为OSGB格式本身开放的特点，各家都发挥想象力和创新能力，做了很多格式数据组织上的“优化”，这些“优化”导致了问题，这个约定是必须的，但是很难实现，因为各平台厂商都有自己的出发点，很难破局，最后出现的可能就是一个“通用”的转换工具。

　　议题四

　　不考虑硬件方面该如何提高三维模型的精度？如：提高影像匹配的可靠性和精度。

　　提高影像匹配的可靠性，首先得提高影像的质量，包括避免大量的遮挡，阴影，反光物体等等，减少分辨率尺度变化大的照片一起参与匹配计算。

　　提高影像匹配的可靠性及空三构网的强度一般有三个要求：1.影像的质量要求尽量减少云雾等遮挡覆盖。2.影像采集的时间最好减少镜头反光和地物阴影。3.减少大面积纹理的一致性，譬如大面积的水域参与空三运算有可能造成空三精度降低，如果水面区域不是重要的部分，可以前期去除水域部分的影像进行空三。

　　关于遇到大面积水域的问题，去掉水域再建模是最有效的，除非水上有什么特殊设施。如果不是面积特别大的、连续的水域，如内湖，PhotoMesh是可以自己处理的，因为软件加强了对高反光物体和水体的特殊算法，比如在处理南极冰川数据的时候，就能把冰原很好地建出来。大型湖泊河流即使无法处理，后续也可通过软件的补水工具自动处理，或者导出ply修补。

　　关于楼底部及房檐遮挡拉花变形的问题，由于航拍角度及遮挡造成的拉花属于倾斜摄影中不可避免的问题，属于原理性问题，是正常现象。那么该如何界定？思路如下：在模型浏览软件中参照航拍角度固定浏览视角，同时拉到与实际分辨率相符的高度去查看模型，看不出明显的变形、拉花即可判定为合格，反之即为不合格。

　　此外，针对建筑底层拉花变形的问题，可以使用移动测量系统在地面上采集点云、影像信息来解决。PhotoMesh已经集成了这个功能，可以使用移动采集的方式补充纹理数据，其关键是不同数据间的同名点匹配。

　　议题五

　　空三分块跑后融合，考虑到重叠部分模型会效率降低。分块之间重叠多少条航线比较合适，既能保证模型的质量，又能减少重叠部分的模型的效率降低?

　　不同空三分区要在自身建模范围基础上选取其他分块影像进行外扩，外扩的航线数还是要最大可能地保证模型的质量，外扩的距离可以参考外扩公式，一般按照国内常见的倾斜相机来看，外扩3-5条航线即可满足要求，在PhotoMesh里，因为软件本身是自动分块的，不需要人为地考虑空三分块的冗余，人工工作量不大。

　　议题六

　　由于计算机性能问题，大范围空三需要分块跑，分块跑后要不要融合？

　　按照传统测绘，大范围生产分块需要进行空三分块，分块间允许接边误差，那么倾斜这块同样可参照此实施。如果不同空三分块有较规范的控制点去控制分块精度，不同分块均能达到测绘精度要求。同时接边误差一般在10-30厘米，此区间视觉上没有明显误差。不同空三块是不需要融合的，如果没有控制点或者单独分块精度不足则需要进行分块融合，在PhotoMesh里目前可以自动空三分块，自动进行分块拼接，对于单任务数据量的承载量理论上没有上限，关键是看计算机的性能，实际的生产案例中已经有了单工程18万张影像单张3600万像素，总数据量6480GP的项目案例，空三自动并行计算已经是大规模倾斜项目生产的刚性需求。

　　议题七

　　关于空三分块方面，按照目前计算机的性能，最大能融合多大的数据量？范围大时，即使空三合并，无法融合成一个空三，那不融合的分块之间重叠多少合适？

　　按照目前的性能，有姿态数据和无姿态数据处理的数据量是不同的，PhotoMesh空三融合也是自动的过程，无需人工干预，根据算法约束，对于软件自身空三分块机制来讲，不同分块之间重叠度约为10%。

本文转载网络