【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)通過無人機等遙感平臺搭載多個或單個高像素可見光相機對目標進行多角度或多次拍攝,根據(jù)多視影像完成目標的三維模型構(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的優(yōu)勢在于可以一次性采集多個視角的傾斜影像,但其設(shè)備價格昂貴,并且需要大型無人機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,單鏡頭則有價格上的優(yōu)勢,對飛行器要求較低,機動靈活適合小范圍快速作業(yè),但其缺點也比較明顯,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,多旋翼無人機在近幾年也成為傾斜攝影飛行平臺的一種補充。它具有飛行性能穩(wěn)定、開發(fā)改裝潛力良好、操作難度低、購置成本和維護成本低廉等優(yōu)點。因此,利用多旋翼無人機采集符合要求的傾斜影像無疑是一種較為經(jīng)濟的選擇。但是,多旋翼無人機載重量輕、續(xù)航時間短,這些缺點又限制了它的應(yīng)用范圍。若是能夠通過無人機搭載更為輕便、靈活的單鏡頭相機來采集影像數(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、減輕無人機的負重量,增加電池的續(xù)航時間。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行優(yōu)勢互補。本文根據(jù)傾斜攝影測量的原理和多旋翼無人機的特點,從飛行平臺和航攝相機選型、單鏡頭無人機傾斜攝影航線設(shè)計等方面,對多旋翼無人機單鏡頭傾斜攝影及三維建模技術(shù)進行較為系統(tǒng)的研究,通過實驗對比,驗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)計和飛行規(guī)劃實現(xiàn)單鏡頭傾斜航攝影像的采集。(2)在三維建模時,針對多視角航空攝影像片的特點,總結(jié)歸納了其色彩均衡的幾個主要難點。在對傾斜影像進行的預(yù)處理中,摸索出一種面向統(tǒng)計參數(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,實現(xiàn)了多視角航空攝影像片統(tǒng)計參數(shù)自動化計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的傾斜攝影三維建模,通過航線規(guī)劃設(shè)計模擬出多鏡頭效果,再通過實驗區(qū)測試,驗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、右五個不同的角度同時對地面進行影像數(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從五個不同角度對同一個目標進行拍攝（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（王偉，2011）。所以傾斜攝影技術(shù)廣泛地應(yīng)用在城市動態(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，無人機遙感系統(tǒng)可以利用自身飛行器的優(yōu)勢彌補傳統(tǒng)航空攝影的缺點，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誕生了，即旋翼無人機，如圖1-2所示，它的出現(xiàn)擴大了無人機航空攝影的應(yīng)用場景和適用范圍。目前市面上流行的旋翼無人機均為電動無人機，其最明顯的特征便是垂直起降、自由懸停。當然其操作比固定翼無人機更為簡單，上手更快，無論從價格成本、維護成本還是生產(chǎn)成本上來說都有一定的優(yōu)勢。另一方面，隨著計算機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