菜鳥都應該知道的傾斜攝影測量知識

所謂“站在巨人的肩膀上”在這篇文章中就很好的體現出來了，本文的一些圖和一些概念就是借鑒“巨人”發表的文章中的圖和概念。這還得感謝這些“巨人”把我們領向一條光明大道。我不是攝影測量的專業人士，GIS圈也只是個剛入門的菜鳥。請允許我從一個菜鳥的角度，來說說那些菜鳥入門級的傾斜攝影測量知識。

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近些年，傾斜攝影測量在GIS圈掀起了一陣巨浪，有人說他顛覆傳統的測繪領域，有人說他替代了傳統建模方式。正因為傾斜攝影測量被帶上了這么多光環，人們開始對他有形形 *** 的猜想，讓它變得越來越神秘。就讓咱們來看看傾斜攝影數據的效果圖。

我們先來看看傾斜攝影測量，和我們傳統的影像有什么區別？

從數據采集的方式來看，傳統影像是通過飛機上搭載的航攝儀對地面連續攝取相片，而后經過一系列的內業處理得到的影像數據，獲取的成果只有地物俯視角度信息，也就是視角垂直于地面。而傾斜攝影測量測試通過飛機或無人機搭載5個相機從前、后、左、右、垂直五個方向對地物進行拍攝，再通過內業的幾何校正、平差、多視影像匹配等一系列的處理得到的具有地物全方位信息的數據。簡單理解就是，影像上地物是在一個平面的，傾斜攝影測量地物是具有真實高度的。

我們知道了傾斜攝影數據采集的方式，通過傾斜攝影數據加工的關鍵技術，比如多視影像聯合平差、多視影像關鍵匹配、數字表面模型生產和真正射影像糾正等，得到地表數據更多的側面信息，加上內業數據處理，得到數據的三維模型。

下面，小伙伴們一起來揭開傾斜攝影測量數據神秘的面紗吧！傾斜攝影測量的數據本質上來看是mesh模型，什么是mesh模型呢？mesh模型就是網格面模型，它是點云通過一些算法，比如區域增長法、八叉樹算法和波前算法等等構成的。而點云是在同一空間參考系下用來表示目標空間分布和目標表面特性的海量點 *** 。內業軟件基于幾何校正，聯合平差等處理流程，可計算出基于影像的超高密度點云，如下圖：

上面兩張圖看來切割的方式展現出來的效果還蠻不錯的，有條有理的，但是當你拉近到一定程度的時候效果是這樣的：

無人機：傾斜攝影是怎樣的一種技術

隨著無人機的快速發展，傾斜攝影行業迎來了一個新的浪潮，越來越多的人利用無人機從事測繪行業的相關數據采集工作。在數據采集過程中遇到了各種各樣的問題，導致飛出來的數據不達標，無法完成模型重建工作。這里根據自己的接觸對傾斜攝影過程中重疊度、傳感器、焦距、飛行速度、拍照間隔等參數以及他們之間的相互關系做一個簡單的梳理。如有不當或錯誤之處敬請指正。

01傳感器

很多三維模型重建軟件要求輸入相機的傳感器參數和焦距。一般輸入的是傳感器的長邊尺寸。

1.1 傳感器參數的獲取

傳感器是是相機的固定參數，和無人機無關，雖然很多無人機自帶相機，但傳感器參數也只和相機有關。所以只要知道相機型號就可以知道傳感器尺寸。很多朋友不知道如何獲取這個參數值，這里直接給出搜索 *** 。

1.1.1常規情況

這里以sony ar7 相機為例。 直接搜索sony ar7，

找一個帶相機詳細參數的任何一個網站

點進來

一般都帶傳感器參數

1.1.2 特例情況

也有部分相機廠商沒有明確給出傳感器尺寸大小，但一般也會給出類型和對角線尺寸，這里可以進行一下換算。

以大疆無人機的精靈3為例，百度精靈3，找相機參數，找傳感器參數，對于傳感器，即使沒有明確給出尺寸大小，但一般都是相機的常規尺寸。

1.2 焦距

這個不想多說，自己拍的照片不知道設置的焦距是多少也是醉了。。。 不過一般沒有經過特殊處理的片子，都保存了焦距參數，可以直接右鍵圖片查看屬性，里面詳細的記錄了焦距，單位是mm 注意，焦距參數是不是35mm等效焦距。請選擇焦距屬性對應的值。

1.3 重疊度保障

航拍的時候如何保證重疊度呢？重疊度應該是多少呢？

根據不同的航拍用戶，重疊度也不一樣，如果只是為了快拼影像，一般旁向重疊度60%以上，航線（縱向）重疊度70%以上，如果用于三維重建，建議旁向重疊度70%以上，航線（縱向）重疊度80%以上.上述數值為經驗值，非官方，僅作參考。

如何保證重疊度呢？很多的飛控軟件都實現了自動化，只需要輸入相機參數，飛行高度，重疊度就可以自動規劃出航線。那這些航線是如何來的？如何自己設計航線該如何保證重疊度達到了要求？

這里其實是初中所學的【小孔成像原理】，假設相機以長邊飛行方向垂直，航線間距為x。

按照上述條件，這里計算旁向重疊度用的是傳感器長邊尺寸

d/ccd = h/len

旁向重疊度= x/len

這個方程的求解應該不難了吧？x=旁向重疊度*h/d*ccd

沿著飛行方向也是一樣的，只不過要用傳感器的短邊尺寸。

1.4飛行速度和拍照間隔

上述過程計算出了拍照的間距，旁向間距a和航向間距b

真正飛行的時候我要以什么速度飛行呢？拍照間隔設置多少呢？自動規劃的軟件是如何控制拍照的呢？

正常情況下為了加快飛行速度，縮短作業時間，都是保證拍照質量穩定的前提下讓拍照速度最快

b=飛行速度*拍照間隔

02模型精度計算

上述所有的計算都是依據指定的飛行高度來計算的，飛行高度如何確定呢？這就和模型精度掛鉤了，需要什么樣精度的模型，使用了什么相機決定了飛行的最合適高度。

首先是照片分辨率的確定。

拍的照片是多少分辨率的？

還是小孔成像原理，傳感器長邊尺寸ccd，對應拍出的照片的長邊像素數wx像素 d/ccd = h/len

拍照分辨率（m/像素）=ccd/d*h/w

公式：傾斜攝影模型精度=同工程正射分得三倍

在此薦：飛盟FM-T1傾轉旋翼垂直起降無人機，采用固定翼結合傾轉我三旋翼的布局形式，以簡單可靠的方式解決了固定翼無人機垂直起降的難題，兼具固定翼無人機航時長、速度高、距離遠的特點和旋翼無人機垂直起降的功能。

FM-T1可以應用到：油管線查詢、應用通信、氣象監視、農林作業、礦產勘探、邊境巡邏、公共安全、遙感測繪等行業領域。希望可以幫到你，有什么問題還可以問我！

FM-T1傾轉旋翼無人機參數（飛行平臺版/機身材質：進口EPO）

翼展

1800mm

長度

1300mm

更大起飛重量

7200g

更大有效載荷

1500g

更大飛行高度

5000m

數傳電臺有效距離

8km

有效控制半徑

15km

巡航速度

65-80km/h

續航

60-90分鐘

作業拆裝難易程度

容易/1-3分鐘

起降方式

全自動垂直起降

巡航模式

傾轉變換固定翼巡航

更大抗風

5級

可搭載設備

Sony a6000/Sony a7r/Sony RX1R II

搭載相機

（航測版）

SONY RX1RII

重量：500g

外形尺寸：113.3*65.4*72mm

傳感器尺寸：全畫幅35.9*24.0mm

有效像素：4240萬

鏡頭特點：35mm焦距

光圈范圍：F2-F22

相機連續工作時間：120分鐘

作業面積

8-15km2/架次

作業精度

可輸出1:500 1:1000 1:2000影像/搭載PPK后差分模塊，結算后可達到厘米級精度

航拍無人機需要考證嗎

若是咨詢關于“飛行證書”的問題，可以參考以下內容：

根據目前相關法律要求，空載大于 7.5kg 的飛行器，需要持證進行飛行，其他機型暫未規定。目前官網銷售的消費級無人機，均不到 7.5kg ，直接在民航網站實名登記即可。

國內無人機飛行員認證有以下三類：UTC認證、 AOPA 認證、 ASFC 認證。如果想學習更多的無人機知識，或者想往職業方向發展，可以進入進行慧飛學院了解。

慧飛無人機應用技術培訓中心，是全球無人機領軍企業——DJI 大疆創新的全資子公司，為客戶提供無人機培訓服務。慧飛采用國內首個專注于無人機應用技能的UTC培訓體系，該體系由中國航協通航分會與中國成人教育協會聯合推出。分為航拍、植保、巡檢、測繪、安防五大專業，讓客戶將先進的無人機技術應用在工作中，獲得領先的效率、安全性與成果。慧飛在近年來陸續為新華社、中央人民廣播電臺、國家電網、南方電網、各地公安局等數十家大型企業提供員工培訓服務。

培訓內容根據不同的課程會有所不同

測繪在線公開課

植保在線公開課

DJI 輕松飛

DJI 植保課程

UTC 無人機航拍技術

DJI 果樹應用課程

UTC 無人機建模技術

UTC 無人機植保技術

UTC 無人機測繪技術

UTC 無人機應用通識

UTC 無人機安防技術

UTC 無人機巡檢技術（電力專業）

UTC 無人機巡檢技術

以《無人機植保技術》課程為例分為：在線理論視頻教學學習，線下分校理論答疑+實操；課程中在線理論視頻學習自課程購買即日起，視頻有效期為一年，支付后不可退換，一年有效期后視頻將不可觀看。

《無人機植保技術》課程是面向無人機農業植保的操作人員培訓，主要目標是讓學員掌握以下能力：課程是面向無人機農業植保行業從業人員提供飛行、藥劑、飛防等全方面培訓，成為一個具備綜合能力的植保從業者，主要目標是讓學員掌握以下能力：

1、充分了解多旋翼植保無人機的構造及原理；

2、安全飛行和使用無人機；

3、能熟練使用大疆創新T20/16及MG-1P植保無人機進行綜合作業；

4、能處理T20/16及MG-1P植保無人機常見故障,了解如何進行植保無人機的維護與保養；

5、了解農藥的基本知識以及常見的病蟲草害;

6、掌握植保無人機作業規范流程；

7、掌握植保無人機技術規范，保障作業效果；

基礎技能培訓：

行業技能培訓進階（專業植保從業者）

無人機概述：植保無人機分類、植保無人機飛行原理

農藥基礎：農藥劑型與作用原理

安全飛行守則：法律法規、飛行安全

農藥施用規范： 藥液過濾與調配

無人機基本操控：全自主作業、手動作業

病蟲草害防治： 病害、蟲害、雜草的防治

植保機系統構成：飛控系統、動力系統、控制系統等

植保方案運用：根據作物特性制定植保方案

考取駕照前，學員可自行前往培訓機構參加培訓，待學員滿足執照或等級要求的訓練時間和航空經歷后，方可前往民航局指定考試點參加考試。

若報考視距內等級駕駛員執照，學員需同時滿足以下條件

1）年滿16周歲

2）三年內無刑事犯罪記錄

3）具有初中或者初中以上文化程度

若報考超視距等級駕駛員執照，學員需同時滿足以下條件

1）年滿16周歲

2）五年內無刑事犯罪記錄

3）具有初中或者初中以上文化程度。

無人機傾斜攝影三維建模和應用（一次分享交流會的記錄）

聲明無人機傾斜攝影測繪資質：內容來源于一個老領導的分享交流無人機傾斜攝影測繪資質，聆聽之后略作整理以表敬意，整理過程當中遺漏不足之處在所難免，文中所述不代表任何觀點。

傾斜攝影技術優勢或者說最吸引用戶的，就是利用傾斜攝影技術可以全自動、高效率、高精度、高精細的構建地表全要素三維模型。

》題目中“無人機傾斜攝影三維建模和應用”有四重含義：一是無人機，二是傾斜攝影，三是三維建模，四是三維模型應用。

》上述四個方面是傾斜攝影技術體系中最重要的內容，需要對每個方面都進行必要的研究，才能更好地推動傾斜攝影技術的進步和應用推廣。

》傾斜攝影三維模型的質量主要取決于兩個因素：一是影像質量（影像地面分辨率和影像清晰度），二是照片數量（對同一區域的照片覆蓋度）。

》從實際建模效果來看，要想獲得完整清晰、可供高精度量測的三維模型，建筑區傾斜影像的分辨率要達到2～3厘米、一般地區要達到5～6厘米，照片的平均覆蓋度要達到30度重疊以上。（注：這里可能只是項目當中的一些感悟總結，具體精度視項目需求而定）

》因此，多旋翼無人機是進行建筑區傾斜攝影的首選，一般地區的傾斜攝影則可選擇小型電動垂直起降固定翼無人機。

》先后調研、參與研制和使用了多款多旋翼無人機。四旋翼無人機因載荷指標不夠，可靠性極差，不滿足應用需求；六旋翼無人機在高頻次飛行作業時，經常出現非人為因素的故障，導致墜機或損壞，可靠性不 夠；八旋翼無人機有一定的動力冗余和飛行可靠性，可以提高作業的安全性和持續性，推薦使用。

》八旋翼無人機的起飛重量應小于7公斤，作業續航時間20分鐘，使用遠景雙鏡頭擺動式傾斜攝影相機，每架次飛行可獲取有效面積0.3平方公里2厘米分辨率的照片約900張。

（注：飛機的選擇和使用沒有絕對，更多的是根據具體地理環境選擇合適的工具而已）

》傾斜攝影飛行對固定翼無人機的基本要求是低空飛行、低速巡航、轉彎半徑小、操作便利、就近起降等。

》使用油動固定翼無人機進行常規航空攝影，雖然飛行效率和性能都不錯，但使用和保養要求高，價格也居高不下。

》近兩年市場上推出的電動/混合動力垂直起降固定翼無人機，無論是易用程度、單機價格、技術性能等方面，都有了較大的改進，使傾斜攝影技術可以在較大面積的三維建模方面發揮作用，有效地提高了傾斜攝影飛 行的作業效率。

》考慮到操作便利、維修簡便、方便運輸、單機價格等綜合因素，推薦使用電動垂直起降固定翼無人機來進行一般地區的傾斜攝影飛行。

》電動垂直起降固定翼無人機的有效載荷1～2公斤，續航時間60～90分鐘，相對飛行高度300米左右，影像地面分辨率5厘米。（視具體機型而定）

》固定式五鏡頭傾斜攝影相機是目前在無人機傾斜攝影中普遍使用的設備之一，它延續的是原來用在有人駕駛飛機上使用的傳統的五相機結構。

》但對為什么一定要同時用五臺相機進行傾斜攝影的原理和技術卻鮮有研究，只能說“別人都是這么做的，一定有無人機傾斜攝影測繪資質他的道理，無人機傾斜攝影測繪資質我照著干就是了”。

》為了探究傾斜攝影三維建模對照片方位和數量的要求，我們分別采用1臺和2臺相機，對同一區域采用多次飛行、交叉飛行的 *** ，模擬五鏡頭相機的方式，分別獲取下視、前視、后視、左視、右視的影像，并以不 同組合分別進行了三維建模試驗

》用不同數量相機模擬五相機結構進行傾斜攝影試驗的主要結論如下：

1）建模效果與相機數量無關，但與照片數量和相鄰航線飛行的間隔時間相關；

2）下視相機不是必須的，因為真正射影像是由三維模型的正投影生成。下視相機的作用與其它方位相機的作用相似；

3）傾斜相機的角度在20～30度之間較為合適。45度傾斜角安置的相機的照片邊緣的分別率過低；

4）采用雙相機、三相位擺動結構的傾斜攝影系統綜合性價比更優。

》雙鏡頭擺動式傾斜攝影系統僅用兩臺相機就達到了固定式五鏡頭相機的效果，系統結構簡單、成本低、重量輕、維修使用方便，是多旋翼無人機傾斜攝影的首選。

》航天遠景公司的超輕型雙鏡頭二維擺動式傾斜攝影系統，由2個微單相機和1個二維擺動式云臺構成，總重量1.2公斤。

》相機感光傳感器的尺寸不應小于APS-C，像素數量大于2400萬。

》如使用多旋翼無人機和雙鏡頭擺動式傾斜攝影系統進行建筑區2厘米分辨率的傾斜攝影，航線設計的基本要求是：

1）航攝分區盡量為矩形，航線沿矩形區域長邊方向敷設，實際飛行范圍應超出任務范圍1個航高，分區內地形高差小于1/2航高；

2）航線數量為雙數且不少于6條，單航線更大長度按多旋翼無人機有效續航里程的40%計算；

3）相對航高平均按100米設計，當航攝分區內有超過30米的建筑物時，最小相對航高應按100米加上建筑物高度計算；

4）航向重疊度大于75%，旁向重疊度大于40%。（注：視相機參數和具體環境而定）

》如使用雙相機和固定翼無人機對普通地區進行5厘米分辨率的傾斜攝影，航線設計的基本要求是：

1）航攝分區盡量為矩形，沿矩形區域長邊方向和短邊方向分別敷設航線，呈格網狀（按十字交叉飛行），實際飛行范圍應超出任務范圍1個航高，分區內地形高差小于1/2航高；

2）航線數量應為雙數且不少于6條，單航線更大長度按無人機有效續航里程的40%設計，更大長度不超過5500米；

3）相對航高平均按300米設計，最小相對航高應高于攝區內容其他構筑物100米以上；

4）航向重疊度大于75%，旁向重疊度大于40%。（注：視相機參數和具體環境而定）

》每個航攝分區應統一進行航線設計，用在同一航線設計文件中刪除多余航線的 *** 確定每架次的飛行參數文件。

》外出作業至少應配備10組電池，或配置便攜式發電機現場充電，以提高作業效率。

》無人機起降場地應盡量靠近攝區，以減少無效飛行距離。

》作業小組123配置：1輛SUV汽車，2架多旋翼無人機，3名成員（地勤、飛手、助理）。

》傾斜攝影三維模型的建模精度與影像分辨率直接相關，一般為1:3左右。

》傾斜攝影三維模型的平面量測精度和相對高程量測精度基本一致。

》如果影像分辨率為2厘米，則三維模型的建模精度一般為5～10厘米，相應的量測精度也達到10厘米以內，與外業實測點的精度相當，遠高于1:500地形圖的精度。

》如果影像分辨率為5厘米，則三維模型的建模精度一般為15～20厘米，相應的量測精度也達到20厘米以內，高于1:1000地形圖的精度。

》無人機和各類小型傾斜攝影系統的涌現，使得傾斜影像數據的獲取變得非常便捷。數據獲取的瓶頸已經破解，成本也將逐步降低。。

》計算機集群、GPU、傾斜影像三維建模軟件技術的進步，使得三維建模的效率將大幅提升。

》僅就目前情況來看，傾斜攝影三維建模工作所涉及的無人機、傾斜攝影系統、計算機集群、三維建模軟件等，已可以滿足批量化傾斜影像獲取和三維建模處理工作的要求，基本具備了工程化和規模化的條件。

》傾斜攝影技術及其無人機作業 *** 日漸成形，使得對現實世界的全要素三維重建變得高效可行。

》傾斜攝影目前在測繪領域的主要用途是快速建立精細的地表三維模型，可以替代傳統的手工建模和“傾斜影像+激光掃描”的建模 *** 。

》不宜將傾斜攝影技術與傳統攝影測量技術進行簡單對比，特別是不要就技術的優劣進行爭論，因為兩者是從不同的方向、以不同的方式、為不同的用途在做研究，僅僅是在目標三維模型的重建這一成果點上有些重合而已

》傾斜攝影技術與攝影測量技術是“兩股道上跑的車，走的不是一條路”

》傾斜攝影技術與攝影測量技術可以看成是在兩條路上跑的車隊，只是現在恰好在某處立交橋碰上了，但其實兩者的目的地是不同的，使用的車輛也是不同的。

》不需要人工觀測，就能得到精細的三維模型和測量結果，這才是傾斜攝影技術“最致命”的優點。而這一點正是攝影測量幾十年來苦苦追求的目標。

》傾斜攝影所構建的三維模型，可以替代航空攝影測量中的人工觀測，實現更高精度、更快速度的自動建模和智能測圖。

》伴隨著這些變革，必然會對現有的技術、產品、市場、用戶、應用、商業模式等帶來沖擊和變化。

》不要以傳統攝影測量 *** 和標準來衡量傾斜攝影技術和成果，唯一可行的 *** 應該是用成果進行對比和檢測。

》傾斜攝影技術的發展和推廣，不僅僅使得空間信息從二維延伸到三維，更重要的是會給測繪領域帶來變革，也必將催生行業應用的變革。

》傾斜攝影所構建的三維模型及三維空間信息服務平臺將成為行業應用的基礎空間信息支撐。

》傾斜攝影三維建模將是今后一種普遍采用的三維建模和測繪 *** ，是測繪領域里的顛覆式創新模式。

》無人機傾斜攝影技術的快速發展，使“全民測繪，按需測繪，動態測繪”成為可能。

》不宜過分強調和追求無人機平臺的可靠性，重要的是要考慮無人機及傾斜攝影系統作為數據采集工具的性價比，應該使用簡單、維修便捷、易于攜帶、價格便宜。

》事實上，只要是無人機，遲早都會掉下來。如果“炸雞”的代價是一輛奔馳車，無論是單位還是飛手，都不愿意承擔這樣的損失。

》我們希望符合規模化作業要求的“無人機+傾斜攝影系統”的市場價格在10萬元以內。希望無人機廠商和傾斜攝影系統廠商能在結構、工藝、零配件、成本等方面有所突破。

》傳統攝影測量與傾斜攝影技術是一個二維與三維博弈、最終三維將勝出的博弈過程。目前傾斜攝影還停留在推廣階段，主要是受限于當下的應用點以及行業規范。

》傾斜攝影技術和成果并不完善，還在不斷試驗和演進中，傳統的工作流程和產品交付標準，也不是一年兩年能改變的，這需要一個過程。

》對用戶而言，使用傾斜攝影技術，不要指望他能給節省費用，反而可能需要額外的投入。無人機傾斜攝影測繪資質你做了是順應時代發展的步伐，花點學習成本，后面就有基礎了；你不做也沒關系，總是有人要落伍的，也總是有企業要落 伍的。

》數據、平臺、服務是未來地理信息行業的三大主要內容，其趨勢是數據生產的集約化和應用服務的集成化。

》數據內容將從二維平面擴展到“地上-地下，室內-室外”一體化的三維空間，并增加時間維度。

》誰掌握三維全要素數據，誰就占據三維行業制高點。

》具有精細化、可量測、真實感、高精度、對象化、更新快、定制化的三維地理信息，將成為行業應用和公眾服務的基礎支撐。

》在大數據時代、智慧城市的時代，全息三維將是地理信息產業服務于智慧城市、大數據時代的有力武器。

》就傾斜攝影技術應用而言，大家都是新手，無知者無畏，高低之差主要在思路、實踐和經驗。

》在傾斜攝影技術方面，專家比我們多的是背景知識，高手比我們能的是實際經驗，而做出成果才是王道。

》傾斜攝影只是一種攝影 *** ，重要的是計算機視覺技術利用足夠數量和有足夠重疊度的傾斜影像實現了三維重建，因而就形成了傾斜攝影技術或傾斜攝影測量技術。

》就用戶而言，關注點應放在已經得到的三維模型上，而不必過多關心其背后的獲取設備和技術細節。

》沒有國產工程化的傾斜影像三維建模集群處理軟件。

》缺少國產的對OSGB等三維數據直接進行批量化生產編輯的軟件（國外也沒有）。

》缺少對三維數據智能進行批量對象化處理的軟件工具。

》海量傾斜影像三維模型的存儲、管理、發布、應用等存在不少技術難點。

》多數用戶的應用系統還不能很好地接受和使用傾斜攝影所生成的三維模型。

》因此，傾斜攝影三維模型也被貼上了“中看不中用”的標簽。