傾斜攝影技術是測繪領域新興的高新技術,在利用傾斜攝影技術去做地籍測量、智慧型城市等專案時,相比傳統的測繪方法,用無人機作為工作平台的傾斜攝影可以大量減少人工外調,降低人工成本。但是市面上看似一樣的五鏡頭傾斜攝影相機,為何**差異會如此之大?這些產品之間到底有什麼區別?每個技術後面的因果關係是什麼?這裡主要為大家介紹一下睿鉑五鏡頭傾斜攝影相機背後的技術。
傾斜攝影實景三維專案參與過的人都深有體會,專案真正的痛點主要集中在內業資料處理。內業資料處理又以空三解算為核心。
空三解算是三維建模的重中之重,但很多客戶在實際作業生產中,過於關注資料採集的硬體裝置而忽視了資料處理。儘管航飛效率很高,但是積壓了非常多待處理影像資料,導致整體效率偏低,專案進展緩慢。
空三存在的主要問題是:在花費大量時間運算後,結果出現斷裂、分層、彎曲等現象,這要花費內業們大量心力進行人工干預。甚至不能人工干預的,直接導致全部時間浪費。
降低空三分層的概率可以節約大量時間,降低客戶成本。針對這個目標,各公司根據自己專業特長提出了不同的解決方案。
成都睿鉑不僅通過研發外方位元素解算演算法來提高空三效率,還根據多年的光學設計經驗,從最基本的光的成像原理出發,從資料源頭去解決部分空三分層問題。
從演算法原理角度分析,空三sfm(structure-from-motion)演算法是一種將各種收集到的無序進行稀疏三維重建的離線演算法。首先需要從影象中提取與目標相聯絡的特徵,來識別和描述影象中的目標。
所以建模軟體對航片特徵點識別結果的好壞,是決定空三能否成功的關鍵。這也是為什麼水面、灘塗、大面積森林、白色屋頂、玻璃以及光照變化較大的場景很容易發生空三分層,就是因為這些場景識別不到特徵點或者特徵點紋理變化導致的。
但是為什麼一些普通場景也會發生很大概率的分層問題呢?原因就是成像的「像差」導致的,一般來說,光線通過任何介質時會發生彎曲,也就是折射現象。光線在折射時,因為各色光的波長不同,折射率不一樣,彎曲度程度也不一樣,就會產生「像差」。
如果在光學設計時候考慮對不同的波長的光進行像差補償,成像感測器記錄了這些像差,就會導致軟體進行特徵識別和匹配時候產生誤差,大量誤差積累就會引起空三分層。所以攝影測量光學系統的設計思想一直沒變,就是盡可能抑制像差,要求不管是點、線,還是圖形都能如實拍出原樣。盡可能抑制像差是每個光學工程師的終極目標。
色差是像差中的一種,是因透射材料的透射率隨波長不同而不同造成的。自然光是由波長範圍390到770奈米的可見光區組成,其它都是人眼所不能看見的光譜。由於材料對不同波長的色光折射率不同,使各色光線具有不同的成像位置和倍率,這就導致了位置色差。
(1)由於不同色光焦距不同,折射率也不一致,物點不能很好的聚焦成乙個完美的像點,所以成像模糊。
(2)同樣,由於不同色光焦距不同,所以放大率不同,物象邊緣部分明暗交界處會有彩虹的邊緣。
出現彩虹邊緣後,就會對空三軟體同名點匹配造成影響。對同乙個物體來說,空三匹配時因為物象周圍的彩虹色差,可能導致匹配出錯。當這種誤差累計到足夠大的時候,就會引起分層。
用不同折射率、不同色差的玻璃組合,可以消除色差。例如,利用低折射率、低色散玻璃做凸透鏡,高折射率、高色散玻璃做凹透鏡,然後將兩者膠合在一起。
這樣的雙膠合鏡中間波長焦距較短、長波和短波光線焦距較長。調整鏡片球面曲率、雙膠合鏡的材料,可以使藍光、紅光焦距恰好相等,這就基本消除了色差。剩餘色差對於廣角到中焦鏡頭來說,已經很小了,因此,也就滿足了鏡頭消色差的要求。
但色差是不可能完全消除的,普通消色差鏡頭剩餘的未消除色差,叫做 「二級光譜 」。當鏡頭焦距越長,未消除的色差也就越多。所以對有精確測量要求的航測鏡頭來說,二級光譜已經不可忽視!
理論上來說,如果能夠將可見光波段分為藍-綠、綠-紅兩個區間,對這兩個區間分別施用消色差技術,二級光譜就能夠基本消除。但是經過計算證明:如果對綠光與紅光消色差,那麼藍光色差就會變得很大;如果對藍光與綠光消色差,那麼紅光色差就會變得很大。看起來似乎走進了乙個死胡同,頑固的二級光譜好像沒有辦法消除。
幸好理論計算為復消色差找到了途徑,就是尋找一種特殊的光學材料,它的藍光對紅光的相對色散很低、而藍光對綠光的相對色散很高且與某種高色散材料相同。
螢石就是這樣一種特殊材料,它的色散非常低,而部分相對色散與許多光學玻璃接近。
螢石折射率比較低,微溶於水,可加工性與化學穩定性較差,但是由於它優異的消色差效能,
使它成為一種珍貴的光學材料。
自然界能用於光學材料的純淨大塊螢石非常少,加上其**昂貴、加工困難,螢石鏡片已經成為高檔鏡頭的代名詞。各光學公司一直不遺餘力的尋找螢石的代用品。氟冕玻璃就是其中一種,各公司所謂 ad 玻璃、 ed 玻璃、 ud 玻璃,就是這一類代用品。
基本來說,像差怎麼抑制都不算過分,但受尺寸、**、技術條件的制約,無法絕對精密地控制,使到達成像面的全部光線像差為零。所以說盡可能抑制像差是每個光學工程師的終極目標;
在近期研究中,睿鉑研發人員發現影像的內方位元素,外方位元素,鏡頭的畸變和另外兩項重要指標都會對空三中影象特徵點識別產生顯著的影響。睿鉑相信隨著研發的深入,以及所有軟硬體廠家共同努力,這些問題都會一一解決,傾斜攝影建模的效率會不斷提高,成本會不斷的降低。
dg4pros是目前睿鉑產品技術指標最高的全畫幅傾斜攝影相機,也是睿鉑到目前為止投入最大,研發時間最長的一款產品,
旗艦級riy-dg4pros採用極低色散的超級材料作為相機鏡片,將航片像差和畸變控制得非常小。不僅空三通過率非常高,同時模型效果也有大幅度的提公升,非常顯著地提高了建築邊角線和立面效果,尤其適用城市大面積,高樓太多的地籍測量或者智慧型城市等應用!
建築邊角線
水平面玻璃面與建築邊角線
傾斜攝影的成果是3d模型,模型的應用度非常廣泛,包括了地籍測量、智慧型城市、古建築保護、安防布控、緊急指揮等等。比之傳統的二維圖紙,3d模型更加直觀有效。
以上就是睿鉑五鏡頭傾斜攝影相機技術的概要,在傾斜攝影裝置領域中,產品本身的技術是導致產品**差異很大的原因,所以當我們在用傾斜攝影相機做地籍測量或者智慧型城市時,我們除了要考慮相機的**以外,還要考慮產品本身能夠帶來的價值和實際專案生產的效率,希望這篇文章能對大家帶來一點幫助。
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