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无人机航测——立体测图原理简介

发表时间:2020-10-15 10:51
近年来,无人机广泛应用于航空摄影测量中,结合摄影测量软件系统和人机交互操作能够快速形成4D产品成果,其中数字正射影像图字面意思很容易理解,拍摄的是影像,生产的成果也是影像,但是很多用户不能理解为什么拍摄的影像可以生产地形图,特别是高程信息怎么通过照片就能得到呢?为什么拍摄的平面照片可以形成立体模型?为什么航测成图要用立体采集?本期就给大家简单介绍一下立体测图的原理。

立体测图的基本原理就是投影过程的几何反转。我们可以这样理解,无人机航空拍摄影像的过程是把现实中三维地形转变成二维的相片,通过摄影测量软件系统内业再把二维的相片恢复成立体的模型,在立体模型上对其观测进行采集数据绘制图形的过程就是立体测图。





在这个过程里面需要用到外业飞行航拍的原始相片,这些相片是按照要求的重叠度去拍照,以及飞行过程中记录的相片姿态定位信息数据文件,还需要用到摄影测量软件系统进行内业空中三角测量,最重要的是需要作业人员佩戴3D眼镜,通过对计算机处理过的影像进行分光观察,然后对脑海中形成立体感觉的模型进行采集数据。所以人眼的立体视觉是立体测图的基础。





佩戴3D眼镜,人造立体视觉





我们做一个小实验:左右手各拿一支圆珠笔,两手平伸,笔尖慢慢地靠拢,可以发现很容易地将两支笔尖对准;如果闭上一只眼试试,可就不怎么容易了。这是为什么呢?当我们的两眼注视一个物体时,物体分别在左右眼的视网膜上形成两个图像,但由于左右眼有一定的间隔,左眼可以看到图像的略偏左侧,右眼可以看到图像的略偏右侧,因此两个图像并不完全相同,不能完全重合。这样视觉图像传入大脑,经过大脑的合成、判别,使物体产生了空间的深度感,有了立体感,这就是立体视觉,双眼视差即立体视觉的关键所在。有的朋友会说单眼也有立体视觉,那是因为人的视觉系统非常高级,单眼也会自然的进行主动调焦,通过眼睛的适应性调节协助大脑形成立体感。

我们把双眼比做一台照相机两个位置观察,分别闭上左眼和右眼看眼前的景物,在眼前放上可投影的胶片,这样好比得到两张有重叠度的照片,这个过程就好比无人机挂载照相机按照一定的重叠度多次拍照,这样的投影平面照片再通过人眼佩戴分光镜,在一定的视差范围内左眼观察左照片,右眼观察右照片,就会形成人造的立体视觉。





双目照相机





了这样的立体感觉就有了高低起伏的山脉,楼宇,树木,土地等等空间信息,接下来就是理解怎么和实际的正确的空间位置匹配进行测图了。我们把两张这样有重叠度连续相关的照片叫做立体像对,经过摄影测量软件系统对这样的立体像对进行内定向,相对定向,绝对定向等一系列操作,得到与真实的空间位置和尺度相匹配的立体像对,这样就构建好正确的立体模型空间,接下来在摄影测量软件系统中观察立体模型,使用鼠标或者是手轮和脚盘可以快速的采集需要的点,线,面要素,最终形成符合要求的地形图。




测生产的立体像对,重叠区域可以构建视觉立体模型,进行立体测图。
体测图的方法经历了模拟,解析,数字摄影测量时代,已然是非常成熟的测图技术,借助于航空像片的立体观察,使观察者在了解摄影地区地面景物时如亲临其境,尤如乘飞机对地面进行实地观察。相比于目前裸眼3D测图技术,立测有如下优势,无需耗费时间建立三维模型,测图速度快,模型空间非常清晰不存在模糊和拉花现象,能够增强解译效果,对于只要DLG成果和用于规划使用的大比例尺的地形图,立体测图的方式相对好用。当然立体测图也有天生的缺点,比如作业员有弱视,斜视,眼疾等欠缺立体视觉者无法使用立体测图;还有就是遮蔽区域如房檐等无法进行三维旋转观测,遮蔽区域还需根据实际情况调绘和补测。


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