无人机倾斜摄影融合贴近摄影

1. 前言

  • 倾斜摄影和贴近摄影是两种不同的摄影方式，它们在获取场景信息的方式和用途上有所不同。倾斜摄影是一种从多个角度拍摄场景的摄影方式，可以获取到场景的全方位信息，适用于大规模场景的快速建模和三维重建。而贴近摄影则是一种近距离拍摄场景的摄影方式，可以获取到场景的细节信息，适用于精细场景的建模和三维重建。

2. 相关论文

  • 桂电建交学院中文核心：贴近和倾斜摄影互融在拱桥表观病害检测的应用
    • 实验采用以贴近摄影技术为主，倾斜摄影技术为辅的“先整体后局部”高分辨率影像数据采集方案，构建了拱形桥梁精细化实景三维模型；基于精细化实景三维模型成果对拱形桥梁进行非接触式快速检测，获取裂缝、锈蚀、变形等表观病害的位置和尺寸信息，并在模型中标注凸显，便于病害隐患精准排查及维修，最终建立拱形桥梁检测的病害信息三维模型电子档案，实现病害发展时空追溯。

2.1 传统检测方法与新方法

  • 人工检测方法:是指通过人工观察和测量来检测桥梁病害的方法。这种方法需要桥梁技术人员对桥梁结构有深入的了解，并且需要花费大量的时间和精力来观察和测量桥梁的各个部分。这种方法虽然可以获取到详细的病害信息，但是效率低下，而且容易受到人为因素的影响。

  • 基于无人机的贴近摄影技术和倾斜摄影技术:构建精细化实景三维模型，进而精确还原被测地物的地表和物体精细纹理、结构和特征,还可以获取空间位置和快速传递及共享信息。无人机空地一体航测技术在天桥设施施工中的应用将倾斜摄影技术和贴近摄影测量技术结合开展天桥模型重建，但贴近摄影航线和角度规划达不到最优方案，导致模型中存在纹理失真和破洞，无法满足桥梁检测精度要求；

  • 单一倾斜摄影方法：

    1. 由于倾斜摄影的拍摄角度和分辨率较高，可以获取到桥梁的全方位信息，但是无法获取到桥梁的细节信息，因此无法检测到桥梁的微小病害。
    2. 利用无人机贴近摄影的临街建筑立面测绘方法采用倾斜摄影技术获取建筑主体框架和顶部信息，但难以获取侧面信息，导致模型纹理缺失、虚化和拉花等问题。

  • 只采用贴近摄影方法：

    1. 基于无人机贴近摄影测量的桥梁精细化建模采用贴近摄影测量技术对斜拉桥开展建模工作，但由于模型中桥面底部和桥下梁体纹理存在缺失，导致桥梁无法被全方位检测。
    2. 无人机摄影测量技术在铁路桥梁巡检中的应用采用贴近摄影测量技术对跨度铁路简支T梁进行巡检，但模型为构件单一部分，不适用在多构件组成的复杂拱形桥梁。

综上所述，采用单一倾斜摄影或贴近摄影技术无法完成复杂构件(如锚具、吊杆、拱圈等)的桥梁精细化建模，达不到桥梁全方位检测需求。

2.2 贴近摄影测量技术

  • 贴近摄影测量是一个全新摄影测量技术，以地物的“面”作为航摄对象,如图1所示，通过规划航线对地物全方位、立体式航摄，自动摄取地物立面高分辨率影像,构建地物精细化三维模型；模型能够全方位、清晰、完整准确地还原被测地物的地表和各构件纹理信息，还能获取地物点的精确空间坐标和构件尺寸信息。贴近摄影技术的诞生，弥补了倾斜摄影在地物立面的精细化纹理信息采集不足。

2.3 非接触式检测技术

  • 非接触式检测技术核心是将贴近摄影技术和倾斜摄影技术互辅融合，构建精细化实景三维模型。依靠精细化实景三维模型，非接触、快速完成构筑物表观病害检测，具有高精度、全方位检测、高效率、可追溯性、三维可视化等独特优势。其检测方法以贴近摄影技术为主，获取被测构筑物各个构件侧面和底部的精细化高分辨率影像数据，以倾斜摄影技术为辅，获取构筑物主体框架、顶部及地表环境等高分辨率影像数据；将二者采集的影像数据经SIFT特征算法特征提取和影像匹配融合，完成空中三角计算，再通过影像建模技术处理，构建出精细化实景三维模型。检测人员不需要前往现场，通过精细化实景三维模型即可完成全方位检测分析。检测人员从精细化实景三维模型中直接提取裂缝、空鼓、锈蚀、变形等表观病害信息，标记病害空间位置和尺寸信息，邀请专业人士分析病害发展过程和趋势，讨论维修方案，最后精准维修及撰写检测报告及建立病害信息三维电子档案。技术路线如图：
    技术路线

2.4 实验数据获取

  1. 像控点的布设和测量：
    在倾斜摄影测量和贴近摄影测量中，像控点的布设和测量是至关重要的。像控点是指用于控制摄影测量过程和结果的一组已知空间位置点。像控点的布设和测量需要精确的测量设备和专业的测量技术。在倾斜摄影测量中，像控点的布设和测量通常是在地面进行的。
    像控点的布设位置和数量保证着后期模型的误差和精度，并赋予地物模型真实的空间坐标。
  2. 倾斜摄影影像数据采集。
    针对拱形桥梁为单体建筑类型，采用倾斜摄影技术中的环绕航摄方案能够快速摄取拱形桥梁粗模型影像数据。通过前期资料收集和现场勘察桥梁周围环境，初步设计环绕圆航摄两种采集方案：整体粗模和部分构件局部细节，如图4所示。实验选用大疆公司的精灵4 PRO V2.0无人机，飞行器配备1英寸2 000万像素CMOS传感器和等效24 mm f/2.8广角镜头。
  3. 贴近摄影影像数据采集。
    根据拱形桥梁几何形状和周围环境，选择贴近摄影技术完成桥梁两侧的立面高分辨率影像数据采集。

地面激光扫描点云与无人机影像点云融合

中南大学土木工程学院北大核心:地面激光扫描点云与无人机影像点云融合