一种针对城市建筑的实景三维建模方法技术

本发明专利技术涉及三维建模技术领域，公开了一种针对城市建筑的实景三维建模方法。通过将航空倾斜摄影测量与地面车载移动测量进行有机的结合，进行空地一体化地全方位空间信息的提取和处理，从而可快速建立城市建筑实景三维模型，最大限度地弥补航空倾斜摄影在近地面的不足，充分发挥车载移动测量在近地面的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维建模
，具体地，涉及一种针对城市建筑的实景三维建模方法。
技术介绍
随着“数字城市”、“智慧城市”、城市规划与管理、建筑景观设计、三维导航以及旅游开发等对城市真三维模型的需求，快速建立有真实纹理的真实感城市三维景观日益突显出较高的经济价值和应用前景。目前，数字城市三维景观模型中最为重要的模型包括地形和建筑三维模型，其中建筑物三维模型的建立是“数字城市”建设的一项基础内容。建筑物三维建模最重要的两个步骤就是建立建筑物几何模型(白模)和给建筑物添加纹理信息。根据采用的技术手段和表现形式不同，建筑物三维建模方法主要分为模拟建模、半模拟建模和测量建模三大类。前两种方法是将地物的平面轮廓模型与高程模型相结合，依靠人工建立几何模型、采集以及粘贴模型纹理等工作来建立建筑物三维模型，该方法虽然简单，但是对于城市内数千乃至数万的建筑物而言，该方法耗时耗力、工作量大、周期长、成本高以及建立的模型与实际模型相差较大，显然不适用于城市大场景实景三维建模。目前，大范围三维数字城市模型的生产还是采用测量建模法，该方法主要通过传统的航空摄影测量方法来实现，由于是基于垂直摄影的成像方式，只能获取地物的空间位置信息和顶部纹理信息，地物的立面纹理信息还需要通过费时费力的实地摄影采集方式获取，这就造成了影像数据的获取方式存在差异以及地物信息获取的时间不同步,该方法虽然满足大批量数据处理，也能够真实的获取建筑物信息，但是生产流程复杂、成本高、工作强度大以及需要整合的信息量巨大，目前应用较为困难。随着空间成像观测技术的出现，传统的航空摄影测量在一定程度上，正被越来越多的高分辨率遥感卫星图像所代替。现在部分高分辨率的卫星影像已经可以得到比航空成像设备更详细的地面信息影像。尽管如此，卫星图像仍具有与正射影像观测和解译中相同的问题，即仅有地表顶部信息，应用于建筑物三维建模仍缺失建筑物侧面信息，建筑物侧面纹理信息仍需要借助实地耗时耗力的摄影采集方式，这致使建模数据和纹理数据的获取时相不一致，从而严重影响模型的表现效果。在测绘仪器领域，倾斜摄影技术和移动测量系统(mobilemappingsystem，MSS)是两项正在快速发展的新型信息采集技术。航空倾斜摄影测量技术颠覆了传统航空摄影模式只从单一垂直角度进行拍摄的局限，通过在一个飞行平台上同时搭载多个各成角度的传感器，分别从垂直和倾斜角度获取地面多方向的立体图像信息，配合机身携带的高精度导航卫星定位接收机和惯性测量单元(inertialmeasurementunit，IMU)，航摄仪所拍摄图像的绝对位置可以通过地理参考直接计算获得，避免了传统空中三角测量的后处理工作。倾斜摄影测量获得的多视角倾斜航空影像，不仅能够真实地反映地物，高精度地获取建筑物顶面及侧面纹理信息，还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维数字城市模型。倾斜摄影技术不仅可以大大提高地表特征的航摄解译和三维模型生产效率，还能够提供多种直接的测量手段，如对距离、高度、面积以及坡度等的测量。而另一项面向三维数字城市模型构建的技术解决方案是移动测量系统。通常情况下，MMS集成设备安装在被改装过的运载车辆平台上，其上配备有多种传感器，如CCD照相和摄像机、卫星定位接收机、惯性测量单元以及移动激光雷达扫描仪等。通过这些设备与车载计算机和存储设备连接，MMS可以借由主动发送扫描信号扫描运动经过的周边环境并记录各种信号，这些获取的信息通过IMU反算可得到扫描时所处的即时位置。该系统不仅能在移动中拍摄图像，还使这些图像具有精确的空间位置和相对位置关系，可以将拍摄相片转化为可以实际量测的数字可量测影像(digitalmeasurableimage，DMI)，使其成为一种新的基础地理测绘产品形态，作为传统4D基础测绘产品的补充。车载MMS能够获得具备高位置精度和高分辨率的街景影像，这些影像提供了丰富的立面信息，而这些信息可以用来加快城市复杂真三维模型的生成，但由于成像原理的问题，使得MMS缺乏采集对象的顶部数据和纹理。城市建筑物大多高而密集，仅用倾斜摄影测量建立的三维模型有一定的局限性，主要表现在：(1)近地面细节不清晰，少数模型的房角与地面结合处变形较大，这主要集中在建筑物密集和楼间距狭小区域，由于建筑物的遮挡，倾斜摄影获取的同名像点数过少，造成影像匹配的有效检核数据不足，导致地面低处模型空洞，影响模型的精度；(2)近地面数据丢失：建筑物低层侧面的纹理信息往往难采集到，而且对于侧面属于玻璃幕墙或具有较强光反射效果材料的建筑物，容易造成侧面纹理缺失。然而，车载移动测量系统能够方便快捷地穿梭于建筑物高而且密集的地区，由于具有高精度定位定姿系统，车载移动测量系统所获得的影像数据，每张影像都具有定向元素，利用摄影测量原理共线条件方程，可计算每个像素点对应地物的地理空间坐标信息，使得处理后的影像精度能够满足倾斜摄影测量三维建模的需要。航空倾斜摄影测量虽然存在近地面数据丢失、近地面细节不清晰和地面模型空洞等不足之处，但是其具有较好的全局性和完整准确的高层数据信息；相反，车载地面移动测量技术作为一种发展较为成熟的技术，其车载移动测量影像可最真实的表现近地面景物信息。其近地面数据完整、细节清晰，但是其在全局上呈现不足，高层信息存在缺失。因此，为了最大限度地弥补航空倾斜摄影在近地面的不足，充分发挥车载移动测量在近地面的优势，将航空倾斜摄影测量与地面车载移动测量进行有机的结合，建立空地全方位信息一体化可量测模型来进行全方位空间信息的提取，从而进行城市建筑实景三维模型的快速生产。该方法工作量小、成本低且周期短，可广泛应用于城市大场景实景三维模型的建立。
技术实现思路
针对前述城市大场景实景三维建模的需求以及目前常规建模方法存在的问题，本专利技术提供了一种针对城市建筑的实景三维建模方法，通过将航空倾斜摄影测量与地面车载移动测量进行有机的结合，进行空地一体化地全方位空间信息的提取和处理，从而可快速建立城市建筑实景三维模型，最大限度地弥补航空倾斜摄影在近地面的不足，充分发挥车载移动测量在近地面的优势。本专利技术采用的技术方案,提供了一种针对城市建筑的实景三维建模方法，包括如下步骤：S101.获取建模数据：一方面利用航空倾斜摄影系统获取待建模区域的多视角倾斜航空影像和同步记录的机载POS数据，所述多视角倾斜航空影像包括正视角航空影像和侧视角倾斜航空影像，另一方面利用车载移动测量系统获取待建模区域的车载移动测量影像和同步记录的车载POS数据，所述车载移动测量影像包括车载数字相机在车辆行驶过程中获取的影像；S102.对建模数据进行预处理：一方面对所述多视角倾斜航空影像和所述机载POS数据进行处理，依次获取待建模区域的数字表面模型数据、数字高程模型数据和数字正射影像数据，另一方面对所述车载移动测量影像和所述车载POS数据进行处理，获取所述车载移动测量影像的定向元素；S103.构建建筑物几何模型：先获取待建模区域的建筑物几何边框，然后将所述建筑物几何边框与所述数字表面模型数据和所述数字正射影像数据进行配准和套合，完成建筑物几何模型的构建；S104.提取建筑物纹理：针对各个建筑物，一方面将该建筑物的各个顶点投影至正视角航带影像中，获取建筑物顶面纹理，所述正视角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对城市建筑的实景三维建模方法，其特征在于，包括如下步骤：S101.获取建模数据：一方面利用航空倾斜摄影系统获取待建模区域的多视角倾斜航空影像和同步记录的机载POS数据，所述多视角倾斜航空影像包括正视角航空影像和侧视角倾斜航空影像，另一方面利用车载移动测量系统获取待建模区域的车载移动测量影像和同步记录的车载POS数据，所述车载移动测量影像包括车载数字相机在车辆行驶过程中获取的影像；S102.对建模数据进行预处理：一方面对所述多视角倾斜航空影像和所述机载POS数据进行处理，依次获取待建模区域的数字表面模型数据、数字高程模型数据和数字正射影像数据，另一方面对所述车载移动测量影像和所述车载POS数据进行处理，获取所述车载移动测量影像的定向元素；S103.构建建筑物几何模型：先获取待建模区域的建筑物几何边框，然后将所述建筑物几何边框与所述数字表面模型数据和所述数字正射影像数据进行配准和套合，完成建筑物几何模型的构建；S104.提取建筑物纹理：针对各个建筑物，一方面将该建筑物的各个顶点投影至正视角航带影像中，获取建筑物顶面纹理，所述正视角航带影像为倾斜摄影飞行航带中所有正视角航空影像的影像集合，另一方面从所有侧视角倾斜航空影像中选取成像角度最佳且无遮挡的影像作为建筑物侧面纹理；S105.建筑物实景三维模型建立：针对各个建筑物，先将对应的建筑物顶面纹理和建筑物侧面纹理映射到该建筑物的几何模型上，然后判断该建筑物侧面是否存在细节不清晰或纹理模糊的待修正区域，若存在，则截取与该建筑物几何模型侧面相对应的且具有定向元素的车载移动测量影像，来对所述待修正区域进行修正，得到具有精细纹理信息的建筑物实景三维模型。...

【技术特征摘要】
1.一种针对城市建筑的实景三维建模方法，其特征在于，包括如下步骤：S101.获取建模数据：一方面利用航空倾斜摄影系统获取待建模区域的多视角倾斜航空影像和同步记录的机载POS数据，所述多视角倾斜航空影像包括正视角航空影像和侧视角倾斜航空影像，另一方面利用车载移动测量系统获取待建模区域的车载移动测量影像和同步记录的车载POS数据，所述车载移动测量影像包括车载数字相机在车辆行驶过程中获取的影像；S102.对建模数据进行预处理：一方面对所述多视角倾斜航空影像和所述机载POS数据进行处理，依次获取待建模区域的数字表面模型数据、数字高程模型数据和数字正射影像数据，另一方面对所述车载移动测量影像和所述车载POS数据进行处理，获取所述车载移动测量影像的定向元素；S103.构建建筑物几何模型：先获取待建模区域的建筑物几何边框，然后将所述建筑物几何边框与所述数字表面模型数据和所述数字正射影像数据进行配准和套合，完成建筑物几何模型的构建；S104.提取建筑物纹理：针对各个建筑物，一方面将该建筑物的各个顶点投影至正视角航带影像中，获取建筑物顶面纹理，所述正视角航带影像为倾斜摄影飞行航带中所有正视角航空影像的影像集合，另一方面从所有侧视角倾斜航空影像中选取成像角度最佳且无遮挡的影像作为建筑物侧面纹理；S105.建筑物实景三维模型建立：针对各个建筑物，先将对应的建筑物顶面纹理和建筑物侧面纹理映射到该建筑物的几何模型上，然后判断该建筑物侧面是否存在细节不清晰或纹理模糊的待修正区域，若存在，则截取与该建筑物几何模型侧面相对应的且具有定向元素的车载移动测量影像，来对所述待修正区域进行修正，得到具有精细纹理信息的建筑物实景三维模型。2.如权利要求1所述的一种针对城市建筑的实景三维建模方法，其特征在于，在所述步骤S101之前还包括如下步骤：S100.导入建模数据获取技术参数：针对多视角倾斜航空影像的获取，向所述航空倾斜摄影系统导入第一建模数据获取技术参数，针对车载移动测量影像的获取，向所述车载移动测量系统导入第二建模数据获取技术参数。3.如权利要求1所述的一种针对城市建筑的实景三维建模方法，其特征在于，在所述步骤S102中，对所述多视角倾斜航空影像和所述机载POS数据进行处理的步骤包括如下：S201.对所述多视角倾斜航空影像依次进行畸变差校正、影像旋转和匀光匀色处理，并选出正视角航空影像和侧视角倾斜航空影像；S202.对所述机载POS数据进行解算处理，然后结合地面控制点数据、所述正视角航空影像和所述侧视角倾斜航空影像进行空中三角测量，得到与每张所述多视角倾斜航空影像相对应的外方位元素；S203.根据所述空中三角测量的加密成果，并结合所述正视角航空影像和所述侧视角倾斜航空影像，运用影像密集匹配技术依次获取待建模区域的数字表面模型数据、数字高程模型数据和数字正射影像数据。4.如权利要求1所述的一种针对城市建筑的实景三维建模方法，其特征在于，在所述步骤S102中，对所述车载移动测量影像和所述车载POS数据进行处理的步骤包括如下：S301.对所述车载POS数据进行解算处理，得到移动测量车在行进过程中的位置坐标、姿态、加速度和角速率信息；S302.将POS数据解算处理成果与车载数字相机的定位定姿参数和内方位元素相结合，获取所述车载移动测量影像数据的定向元素。5.如权利要求4所述的一种针对城市建筑的实景三维建模方法，其特征在于，在所述步骤S30...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈雪娇，翁晓鹏，杜艳秀，章明，何小军，
申请(专利权)人：成都慧途科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51