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實景三維影像采集技術之優視攝影測量

發布日期:2024-01-01 19:10 瀏覽量:4773

  影像是實景三維建設的重要基礎數據,對于不同等級、不同應用場景的實景三維建設,需要通過不同的影像采集技術來獲取影像。

  優視攝影測量技術以三維概略模型為數據基礎,以無人機為載體,通過智能分析規劃,進而自適應調整和優化采集視角,并全自動生成采集航線,最終形成高保真精細化三維空間數據的采集重建閉環。

  該技術通過計算機圖形學、三維視覺、人工智能、地理信息等學科的交叉創新,實現了面向復雜場景和復雜三維目標的全自動貼合式三維重建數據采集,將現有面向場景的厘米級三維數據采集方式提升為面向對象的毫米級三維數據采集。通過本技術的智能感知和自主決策精細規劃,一方面使得無人機可以精準把控與被測對象的相對距離和相對方向,結合不同的光學傳感器,可以實現最高 0.1mm 分辨率重建圖像采集,為各類高精細度的行業應用提供了高保真和高質量的數據基礎;另一方面可以將原有城市級三維空間數據采集的“集中規劃、統一采集”的模式,升級為“分散規劃、眾包采集”模式,大幅降低城市數據采集的技術難度和政策實施難度,可將原有的采集周期縮短2倍以上優視攝影測量技術中的“優視”二字,表示三維重建數據采集視角的智能優化選取航空攝影測量多采用高空平面俯視和側視,以一定重疊度的規則航線覆蓋方式進行數據獲取,該模式主要用于一般性大規模場景的簡略采集,具有外業操作、航線規劃簡單等特點。


        然而,在復雜場景下的高精細度數據采集,必然要求航線規劃和數據采集更有針對性,需要通過貼合被采集對象達到更高的分辨率和重建效果。基于此,優視攝影測量技術結合了計算機空間幾何分析的算力優勢和無人機的機動性優勢,建立了采集分析規劃和三維重建結果之間的深度耦合,通過路徑規劃和重建評估的相互反饋,為無人機提供了在復雜空間進行精準、高效、多角度、貼合式采集的航飛功能,賦予了無人機設備更高級的圖形感知能力,通過規劃和重建的不斷迭代優化,提升三維采集重建質量。

  具體而言,為了實現路徑規劃和重建評估的相互反饋和耦合互動,優視攝影測量技術秉持了最優化重建質量并最小化采集成本的算法設計理念,通過數據驅動的多模態數據學習分析方法預測安全飛行區域、重建性度量、場景不確定性,從而建立了視角集合分布與多目立體視覺的智能關系。同時通過深度學習方法對場景目標、重建信息進行重新編碼和圖形再表達,實現語義目標與表面模型的深層智能理解,再采用全局優化算法進行多尺度路徑優化。通過上述技術方法的迭代運算,實現了可重建性的量化評估預測和采集視角位姿的精細化控制,達到了使用最少采集數據實現最佳重建質量的技術目標。

  得益于優視攝影測量技術的航點生成和優化,優視攝影測量技術還進一步計算了飛行區間、飛行開銷代價等指標,實現了大面積區域多機協同作業的航線智能規劃。并且以優視攝影測量技術為依托,還設計了用戶友好的系統界面和人機交互方式,構建了-套圍繞無人機智能采集的規劃系統軟件。該系統可以通過標準的數據交換格式,融通各類無人機平臺系統,控制無人機飛行位姿進行高效精準的數據采集。另外,由于優視攝影測量系統基于可重建性預測的量化指標進行分析,可以嚴格控制采集交匯角、像素分辨率,視角基線差等指標,為實景三維后處理軟件進行從運動中恢復 (structure from motion,SFM)和多視圖幾何(multi view system,MVS)運算提供了高質量的數據輸入,大幅增強了三維重建運算成功率和照片匹配度,有效減少了采集數據無法匹配、局部質量不達標等情況的發生。其同時還提升了三維采集和重建的整體效率,使得實景三維數據生產在全鏈條自動化作業實施的趨勢上有了實質性躍升。

  優視攝影測量系統應用示范:大規模協同眾包采集重建、古建筑三維高清數字化保護、大型基礎設施表觀病害檢測等。

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