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目次
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傾斜攝影技術是近年發展起來的一項新技術，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從不同傾斜角度采集影像，獲取地表物體更為完整準確的信息，並建立地表三維模型，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界。傾斜攝影目前在測繪領域的主要用途是快速建立精細地表三維模型。近幾年來，無人機傾斜攝影三維建模技術和成果在測繪、國土、交通、公安等行業中的應用日漸增長。本書重點介紹了無人機傾斜攝影三維建模技術所涉及的無人機、傾斜攝影系統、三維建模軟件，以及在傾斜影像三維建模、三維模型場景編輯、基於三維模型的智能測圖和物件化處理等方面的技術和應用實踐。
作者簡介
李京偉：1984年畢業於原武漢測繪學院航空攝影測量專業（現武漢大學），1999年獲荷蘭國際航空航天與地球觀測學院(ITC)地理信息系統碩士學位。曾在國家測繪局、國家基礎地理信息中心、航天科技集團航天量子公司、徠卡測量系統貿易(北京)有限公司、天地圖有限公司等單位從事管理和研發工作。 現任武漢航天遠景科技股份有限公司首席架構師。主要工作方向是傾斜攝影三維模型的自動化建模、智能化處理、規模化作業、行業化應用。
目次
目錄
第1章 攝影的前世今生 001
1.1 現代攝影術的誕生 001
1.2 攝影膠片的出現 004
1.3 135相機的興起 005
1.4 數碼相機的發明 006
1.5 航空攝影的發展 008
1.6 關於傾斜攝影 010
第2章 適用於傾斜攝影的飛行器 013
2.1 有人駕駛飛機 013
2.1.1 運-5系列飛機 013
2.1.2 運-12系列飛機 014
2.1.3 “獎狀”系列飛機 015
2.1.4 “空中國王”B200型飛機 015
2.1.5 賽斯納208型飛機 016
2.1.6 皮拉圖斯PC-6型飛機 017
2.1.7 其他類型的有人駕駛飛行器 017
2.2 有人駕駛飛機的局限性 017
2.3 多旋翼無人機的興起 018
2.3.1 三軸三旋翼無人機 019
2.3.2 三軸六旋翼無人機 019
2.3.3 四軸四旋翼無人機 020
2.3.4 四軸八旋翼無人機 021
2.3.5 六軸六旋翼無人機 021
2.3.6 八軸八旋翼無人機 022
2.3.7 多旋翼無人機構成 022
2.4 多旋翼無人機的設計和選型要求 023
2.5 固定翼無人機在傾斜攝影中的應用 025
2.5.1 固定翼無人機傾斜攝影方法 025
2.5.2 適合傾斜攝影的固定翼無人機 027
2.6 傾斜攝影用無人機選型建議 030
2.7 無人機傾斜攝影作業效率分析 031
2.8 無人機分類 036
2.9 國內民用無人機行業現狀簡述 037
第3章 傾斜攝影系統 040
3.1 傾斜攝影相機的名稱 040
3.2 早期的傾斜攝影相機 041
3.3 傾斜攝影重現生機 043
3.4 國外大型數碼傾斜攝影系統的發展 044
3.4.1 Pictometry傾斜攝影系統 044
3.4.2 MIDAS傾斜攝影系統 045
3.4.3 RCD 30傾斜攝影系統 050
3.4.4 UltraCam Osprey傾斜數碼航攝儀 053
3.4.5 Trimble AOS傾斜攝影系統 056
3.5 國內大型數碼傾斜攝影系統的發展 058
3.5.1 SWDC-5系列數字航空傾斜攝影儀 059
3.5.2 AMC系列傾斜數碼航攝儀 063
3.5.3 TOPDC-5傾斜數碼航攝儀 063
3.6 國內輕型傾斜攝影系統的發展 064
3.7 傾斜攝影系統的傳感器數量和傾斜角度 067
3.8 傾斜攝影飛行方法 069
3.8.1 標準航線敷設飛行 070
3.8.2 加密航線敷設飛行 071
3.8.3 雙加密航線敷設飛行 072
3.8.4 十字交叉航線敷設飛行 072
第4章 傾斜攝影航線設計 073
4.1 傾斜攝影範圍劃定 073
4.2 飛行平臺的選擇 074
4.3 傾斜攝影系統的選擇 075
4.3.1 相機數量和類型 075
4.3.2 相機傾斜角度 076
4.3.3 鏡頭焦距 076
4.3.4 快門速度 077
4.3.5 連續曝光周期 078
4.4 傾斜攝影航線敷設和飛行方法 079
4.4.1 標準航線飛行 079
4.4.2 加密航線飛行 081
4.4.3 雙加密航線飛行 082
4.4.4 點狀區域的航線設計 083
4.4.5 帶狀區域的航線設計 084
4.4.6 面狀區域的航線設計 085
4.5 飛行參數計算示例 086
4.6 傾斜攝影分區劃分原則 089
4.6.1 無人機類型及續航裡程 089
4.6.2 影像地面分辨率與三維建模處理系統的性能 089
4.6.3 航攝分區劃分示例 090
第5章 傾斜影像三維建模計算 097
5.1 傾斜影像三維建模的理論基礎 097
5.2 傾斜影像三維建模的基本流程 098
5.3 傾斜影像三維建模軟件簡介 099
5.3.1 ContextCapture 099
5.3.2 PhotoMesh 100
5.3.3 PhotoScan 102
5.3.4 Pix4D 104
5.3.5 Altizure 105
5.3.6 Virtuoso3D 106
5.3.7 Mirauge3D 107
5.3.8 Pixel Factory Neo 107
5.3.9 其他相關產品 110
5.4 傾斜影像三維建模成果格式 110
5.4.1 OSGB 110
5.4.2 OBJ 111
5.4.3 S3C 111
5.4.4 3DML 111
5.5 實景三維建模軟件的選擇 111
第6章 三維模型缺陷分析與對策 113
6.1 傾斜攝影三維模型存在的缺陷 113
6.2 水面空洞缺陷及修復 114
6.3 鏡面反射缺陷及修復 116
6.4 透明玻璃缺陷及修復 118
6.5 均勻材質缺陷及修復 119
6.6 鏤空物體缺陷及修復 122
6.7 建築物密集缺陷及修復 125
6.8 建築物凸凹缺陷及修復 127
6.9 細小結構體缺陷及修復 131
6.10 樹葉的相似性導致的樹木模型紋理模糊 133
6.11 影像地面分辨率低導致的模型缺陷與對策 136
6.12 影像覆蓋率低導致的模型缺陷與對策 138
6.13 扁平豎立物體導致的模型缺陷與修復 139
6.14 物體移動導致的模型缺陷與修復 141
6.15 嚴密遮蓋導致的模型缺陷與對策 142
6.16 氣象因素導致的模型缺陷與對策 143
6.17 時間因素導致的模型缺陷與對策 144
6.18 季節因素導致的模型缺陷與對策 145
6.19 分塊建模導致的模型缺陷與對策 147
6.20 模型缺陷產生的主要原因 149
第7章 常用坐標系統和三維模型定向 150
7.1 大地坐標系 150
7.1.1 地球橢球的定義 150
7.1.2 常用坐標系統簡述 151
7.1.3 1954北京坐標系 152
7.1.4 1980西安坐標系 153
7.1.5 新1954北京坐標系 154
7.1.6 2000國家大地坐標系 154
7.1.7 WGS-84坐標系 155
7.1.8 獨立坐標系 155
7.2 高程系統 156
7.2.1 正高系統 156
7.2.2 正常高系統 156
7.2.3 大地高程系統 156
7.2.4 力高系統 157
7.2.5 地球位數 157
7.2.6 1985國家高程基準 157
7.3 地圖投影 158
7.3.1 高斯-克呂格投影 160
7.3.2 通用橫軸墨卡托投影 163
7.3.3 高斯-克呂格投影與UTM投影的坐標換算 165
7.4 經常使用的坐標系統 165
7.5 地球曲率對三維模型的影響 166
7.6 傾斜攝影三維模型的定向 168
7.6.1 定向之前定向 169
7.6.2 定向之後定向 169
第8章 基於三維模型的測繪產品生產 170
8.1 新6D產品的定義 170
8.2 新6D產品的生產流程 171
8.3 生產技術設計 172
8.4 傾斜攝影飛行 173
8.5 傾斜攝影三維建模 173
8.6 外業控制點測量 174
8.7 三維模型產品及生產流程 175
8.8 數字表面模型產品介紹及生產流程 177
8.9 數字高程模型產品介紹及生產流程 178
8.10 真正數字正射影像圖產品介紹及生產流程 181
8.11 數字線劃地圖產品介紹及生產流程 182
8.12 數字物件化模型產品介紹及生產流程 185
第9章 無人機傾斜攝影項目實施 187
9.1 項目實施的主要流程 187
9.2 案例項目基本情況 188
9.3 案例項目實施主要流程 189
9.3.1 確認項目要求 189
9.3.2 收集整理分析資料 190
9.3.3 編寫項目實施計劃書 190
9.3.4 編寫技術設計書 191
9.3.5 傾斜攝影飛行 192
9.3.6 外業控制點測量 192
9.3.7 傾斜影像三維建模 192
9.3.8 測繪產品生產 192
9.3.9 編寫總結報告 193
9.3.10 成果交付 193
第1章 攝影的前世今生 001
1.1 現代攝影術的誕生 001
1.2 攝影膠片的出現 004
1.3 135相機的興起 005
1.4 數碼相機的發明 006
1.5 航空攝影的發展 008
1.6 關於傾斜攝影 010
第2章 適用於傾斜攝影的飛行器 013
2.1 有人駕駛飛機 013
2.1.1 運-5系列飛機 013
2.1.2 運-12系列飛機 014
2.1.3 “獎狀”系列飛機 015
2.1.4 “空中國王”B200型飛機 015
2.1.5 賽斯納208型飛機 016
2.1.6 皮拉圖斯PC-6型飛機 017
2.1.7 其他類型的有人駕駛飛行器 017
2.2 有人駕駛飛機的局限性 017
2.3 多旋翼無人機的興起 018
2.3.1 三軸三旋翼無人機 019
2.3.2 三軸六旋翼無人機 019
2.3.3 四軸四旋翼無人機 020
2.3.4 四軸八旋翼無人機 021
2.3.5 六軸六旋翼無人機 021
2.3.6 八軸八旋翼無人機 022
2.3.7 多旋翼無人機構成 022
2.4 多旋翼無人機的設計和選型要求 023
2.5 固定翼無人機在傾斜攝影中的應用 025
2.5.1 固定翼無人機傾斜攝影方法 025
2.5.2 適合傾斜攝影的固定翼無人機 027
2.6 傾斜攝影用無人機選型建議 030
2.7 無人機傾斜攝影作業效率分析 031
2.8 無人機分類 036
2.9 國內民用無人機行業現狀簡述 037
第3章 傾斜攝影系統 040
3.1 傾斜攝影相機的名稱 040
3.2 早期的傾斜攝影相機 041
3.3 傾斜攝影重現生機 043
3.4 國外大型數碼傾斜攝影系統的發展 044
3.4.1 Pictometry傾斜攝影系統 044
3.4.2 MIDAS傾斜攝影系統 045
3.4.3 RCD 30傾斜攝影系統 050
3.4.4 UltraCam Osprey傾斜數碼航攝儀 053
3.4.5 Trimble AOS傾斜攝影系統 056
3.5 國內大型數碼傾斜攝影系統的發展 058
3.5.1 SWDC-5系列數字航空傾斜攝影儀 059
3.5.2 AMC系列傾斜數碼航攝儀 063
3.5.3 TOPDC-5傾斜數碼航攝儀 063
3.6 國內輕型傾斜攝影系統的發展 064
3.7 傾斜攝影系統的傳感器數量和傾斜角度 067
3.8 傾斜攝影飛行方法 069
3.8.1 標準航線敷設飛行 070
3.8.2 加密航線敷設飛行 071
3.8.3 雙加密航線敷設飛行 072
3.8.4 十字交叉航線敷設飛行 072
第4章 傾斜攝影航線設計 073
4.1 傾斜攝影範圍劃定 073
4.2 飛行平臺的選擇 074
4.3 傾斜攝影系統的選擇 075
4.3.1 相機數量和類型 075
4.3.2 相機傾斜角度 076
4.3.3 鏡頭焦距 076
4.3.4 快門速度 077
4.3.5 連續曝光周期 078
4.4 傾斜攝影航線敷設和飛行方法 079
4.4.1 標準航線飛行 079
4.4.2 加密航線飛行 081
4.4.3 雙加密航線飛行 082
4.4.4 點狀區域的航線設計 083
4.4.5 帶狀區域的航線設計 084
4.4.6 面狀區域的航線設計 085
4.5 飛行參數計算示例 086
4.6 傾斜攝影分區劃分原則 089
4.6.1 無人機類型及續航裡程 089
4.6.2 影像地面分辨率與三維建模處理系統的性能 089
4.6.3 航攝分區劃分示例 090
第5章 傾斜影像三維建模計算 097
5.1 傾斜影像三維建模的理論基礎 097
5.2 傾斜影像三維建模的基本流程 098
5.3 傾斜影像三維建模軟件簡介 099
5.3.1 ContextCapture 099
5.3.2 PhotoMesh 100
5.3.3 PhotoScan 102
5.3.4 Pix4D 104
5.3.5 Altizure 105
5.3.6 Virtuoso3D 106
5.3.7 Mirauge3D 107
5.3.8 Pixel Factory Neo 107
5.3.9 其他相關產品 110
5.4 傾斜影像三維建模成果格式 110
5.4.1 OSGB 110
5.4.2 OBJ 111
5.4.3 S3C 111
5.4.4 3DML 111
5.5 實景三維建模軟件的選擇 111
第6章 三維模型缺陷分析與對策 113
6.1 傾斜攝影三維模型存在的缺陷 113
6.2 水面空洞缺陷及修復 114
6.3 鏡面反射缺陷及修復 116
6.4 透明玻璃缺陷及修復 118
6.5 均勻材質缺陷及修復 119
6.6 鏤空物體缺陷及修復 122
6.7 建築物密集缺陷及修復 125
6.8 建築物凸凹缺陷及修復 127
6.9 細小結構體缺陷及修復 131
6.10 樹葉的相似性導致的樹木模型紋理模糊 133
6.11 影像地面分辨率低導致的模型缺陷與對策 136
6.12 影像覆蓋率低導致的模型缺陷與對策 138
6.13 扁平豎立物體導致的模型缺陷與修復 139
6.14 物體移動導致的模型缺陷與修復 141
6.15 嚴密遮蓋導致的模型缺陷與對策 142
6.16 氣象因素導致的模型缺陷與對策 143
6.17 時間因素導致的模型缺陷與對策 144
6.18 季節因素導致的模型缺陷與對策 145
6.19 分塊建模導致的模型缺陷與對策 147
6.20 模型缺陷產生的主要原因 149
第7章 常用坐標系統和三維模型定向 150
7.1 大地坐標系 150
7.1.1 地球橢球的定義 150
7.1.2 常用坐標系統簡述 151
7.1.3 1954北京坐標系 152
7.1.4 1980西安坐標系 153
7.1.5 新1954北京坐標系 154
7.1.6 2000國家大地坐標系 154
7.1.7 WGS-84坐標系 155
7.1.8 獨立坐標系 155
7.2 高程系統 156
7.2.1 正高系統 156
7.2.2 正常高系統 156
7.2.3 大地高程系統 156
7.2.4 力高系統 157
7.2.5 地球位數 157
7.2.6 1985國家高程基準 157
7.3 地圖投影 158
7.3.1 高斯-克呂格投影 160
7.3.2 通用橫軸墨卡托投影 163
7.3.3 高斯-克呂格投影與UTM投影的坐標換算 165
7.4 經常使用的坐標系統 165
7.5 地球曲率對三維模型的影響 166
7.6 傾斜攝影三維模型的定向 168
7.6.1 定向之前定向 169
7.6.2 定向之後定向 169
第8章 基於三維模型的測繪產品生產 170
8.1 新6D產品的定義 170
8.2 新6D產品的生產流程 171
8.3 生產技術設計 172
8.4 傾斜攝影飛行 173
8.5 傾斜攝影三維建模 173
8.6 外業控制點測量 174
8.7 三維模型產品及生產流程 175
8.8 數字表面模型產品介紹及生產流程 177
8.9 數字高程模型產品介紹及生產流程 178
8.10 真正數字正射影像圖產品介紹及生產流程 181
8.11 數字線劃地圖產品介紹及生產流程 182
8.12 數字物件化模型產品介紹及生產流程 185
第9章 無人機傾斜攝影項目實施 187
9.1 項目實施的主要流程 187
9.2 案例項目基本情況 188
9.3 案例項目實施主要流程 189
9.3.1 確認項目要求 189
9.3.2 收集整理分析資料 190
9.3.3 編寫項目實施計劃書 190
9.3.4 編寫技術設計書 191
9.3.5 傾斜攝影飛行 192
9.3.6 外業控制點測量 192
9.3.7 傾斜影像三維建模 192
9.3.8 測繪產品生產 192
9.3.9 編寫總結報告 193
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