【摘要】：近年來,航空傾斜攝影測量技術(shù)成為測繪領(lǐng)域發(fā)展迅速的一項(xiàng)新技術(shù),是目前三維地理信息采集的重要手段。航空傾斜攝影測量技術(shù)通過無人機(jī)等遙感平臺搭載多個(gè)或單個(gè)高像素可見光相機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行多角度或多次拍攝,根據(jù)多視影像完成目標(biāo)的三維模型構(gòu)建和三維信息采集工作。目前流行的多拼相機(jī)可以采用多旋翼或者固定翼作為飛行器,與單鏡頭相比多拼相機(jī)的優(yōu)勢在于可以一次性采集多個(gè)視角的傾斜影像,但其設(shè)備價(jià)格昂貴,并且需要大型無人機(jī)作為搭載平臺方可執(zhí)行任務(wù),其便攜性和易用性較差。相比而言,單鏡頭則有價(jià)格上的優(yōu)勢,對飛行器要求較低,機(jī)動(dòng)靈活適合小范圍快速作業(yè),但其缺點(diǎn)也比較明顯,即需要多次飛行方可完整采集傾斜影像。隨著航空傾斜測量三維建模相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和成熟,對傾斜影像姿態(tài)的要求大大降低,多旋翼無人機(jī)在近幾年也成為傾斜攝影飛行平臺的一種補(bǔ)充。它具有飛行性能穩(wěn)定、開發(fā)改裝潛力良好、操作難度低、購置成本和維護(hù)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此,利用多旋翼無人機(jī)采集符合要求的傾斜影像無疑是一種較為經(jīng)濟(jì)的選擇。但是,多旋翼無人機(jī)載重量輕、續(xù)航時(shí)間短,這些缺點(diǎn)又限制了它的應(yīng)用范圍。若是能夠通過無人機(jī)搭載更為輕便、靈活的單鏡頭相機(jī)來采集影像數(shù)據(jù),根據(jù)需拍攝的區(qū)域范圍確定無人機(jī)的拍攝路徑,得到與多鏡頭設(shè)備同樣的拍攝功效,并且可以降低設(shè)備成本、減輕無人機(jī)的負(fù)重量,增加電池的續(xù)航時(shí)間。這樣不僅能夠豐富傾斜影像的獲取途徑,而且還能與常規(guī)的多鏡頭傾斜攝影方案進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)。本文根據(jù)傾斜攝影測量的原理和多旋翼無人機(jī)的特點(diǎn),從飛行平臺和航攝相機(jī)選型、單鏡頭無人機(jī)傾斜攝影航線設(shè)計(jì)等方面,對多旋翼無人機(jī)單鏡頭傾斜攝影及三維建模技術(shù)進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究,通過實(shí)驗(yàn)對比,驗(yàn)證其在一定程度上替代高成本的五鏡頭傾斜攝影在工程應(yīng)用上的可行性。本文的主要研究工作有:(1)在分析了傾斜攝影測量原理的基礎(chǔ)上,提出了基于單鏡頭傾斜航攝影像數(shù)據(jù)采集的思路,并通過硬件選型、航線設(shè)計(jì)和飛行規(guī)劃實(shí)現(xiàn)單鏡頭傾斜航攝影像的采集。(2)在三維建模時(shí),針對多視角航空攝影像片的特點(diǎn),總結(jié)歸納了其色彩均衡的幾個(gè)主要難點(diǎn)。在對傾斜影像進(jìn)行的預(yù)處理中,摸索出一種面向統(tǒng)計(jì)參數(shù)的分步分級的色彩均衡的影像處理方法,并借助Photoshop的相關(guān)工具和像片統(tǒng)計(jì)參數(shù),經(jīng)過暗角修正、飽和度調(diào)整、亮度調(diào)整和色調(diào)調(diào)整等步驟,解決好多視角航攝像片的各種色彩問題,實(shí)現(xiàn)了多視角航空攝影像片統(tǒng)計(jì)參數(shù)自動(dòng)化計(jì)算和色彩均衡批處理。(3)研究和分析了基于多旋翼單鏡頭無人機(jī)的傾斜攝影三維建模,通過航線規(guī)劃設(shè)計(jì)模擬出多鏡頭效果,再通過實(shí)驗(yàn)區(qū)測試,驗(yàn)證此方案三維建模的可行性以及作業(yè)效率和質(zhì)量精度,包括:三維建模效率對比、模型整體和局部效果對比、模型平面精度對比、模型高程精度對比、模型高度精度對比。為多旋翼單鏡頭無人機(jī)航攝系統(tǒng)的生產(chǎn)與應(yīng)用提供參考依據(jù)。
【圖文】：

分別從下、前、后、左、右五個(gè)不同的角度同時(shí)對地面進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集，具體的數(shù)據(jù)采集過程如圖1-1所示。多角度傾斜航空相機(jī)從五個(gè)不同角度對同一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行拍攝（Fritsch, D，2013），減少了航拍過程中的死角，使得所得到的傾斜影像具有紋理信息豐富、方位辨別較多等優(yōu)點(diǎn)（王偉，2011）。所以傾斜攝影技術(shù)廣泛地應(yīng)用在城市動(dòng)態(tài)管理、智慧城市建模、災(zāi)害監(jiān)測以及評估等方面（Gerke M，2011）。圖 1-1 常規(guī)傾斜影像數(shù)據(jù)采集

航空攝影系統(tǒng)無法比擬的。相比而言，無人機(jī)遙感系統(tǒng)可以利用自身飛行器的優(yōu)勢彌補(bǔ)傳統(tǒng)航空攝影的缺點(diǎn)，也是目前小面積航空影像采集的主要手段。隨著技術(shù)手段的提升，一種垂直起降的無人機(jī)誕生了，即旋翼無人機(jī)，如圖1-2所示，它的出現(xiàn)擴(kuò)大了無人機(jī)航空攝影的應(yīng)用場景和適用范圍。目前市面上流行的旋翼無人機(jī)均為電動(dòng)無人機(jī)，其最明顯的特征便是垂直起降、自由懸停。當(dāng)然其操作比固定翼無人機(jī)更為簡單，上手更快，無論從價(jià)格成本、維護(hù)成本還是生產(chǎn)成本上來說都有一定的優(yōu)勢。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的性能不斷提升，為快速密集匹配各類海量、無序、多分辨率影像奠定了基礎(chǔ)。行業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)出了眾多新型傾斜攝影測量內(nèi)業(yè)軟件，如Street Factory、smart 3D Capture等，這些軟件的出現(xiàn)極大的簡化和優(yōu)化了三維建模工作，有了無人機(jī)采集的傾斜影像以及必要的POS數(shù)據(jù)
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P231

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本文編號：2644384