无人机航拍影像的三维重建技术研究

2097-3012(2023)01-0041-08 Journal of Spatio-temporal Information 时空信息学报收稿日期: 2023-01-03；修订日期: 2023-04-14 基金项目: 国家自然科学基金项目（42201474）作者简介: 刘欣怡，研究方向为点云影像联合处理、实景三维建模等。

E-mail:*****************.cn无人机倾斜摄影三维建模技术研究现状及展望刘欣怡，张永军，范伟伟，王森援，岳冬冬，刘梓航，贾琛，景慧莹，钟佳辰武汉大学 遥感信息工程学院，武汉 430079摘 要：无人机倾斜摄影从航空平台多视角同步采集影像，可通过倾斜摄影测量，三维建模等技术生成真实的三维模型，是目前地形级到城市级实景三维模型重建最主要的技术手段之一。

本文总结归纳了目前无人机倾斜摄影三维建模过程中的关键技术，重点介绍了三维场景重建和倾斜摄影三角网模型的语义提取、单体化、实体化处理等技术方法及研究现状，指出了目前无人机倾斜摄影三维建模技术仍存在的问题，并从无人机路径规划、数据获取、建模技术、模型表达四方面对该领域潜在的发展趋势和研究方向进行了分析与展望。

关键词：无人机；倾斜摄影测量；实景三维中国；三维建模；实体化引用格式：刘欣怡, 张永军, 范伟伟, 王森援, 岳冬冬, 刘梓航, 贾琛, 景慧莹, 钟佳辰. 2023. 无人机倾斜摄影三维建模技术研究现状及展望. 时空信息学报, 30(1): 41-48Liu X Y, Zhang Y J, Fan W W, Wang S Y, Yue D D, Liu Z H, Jia C, Jing H Y, Zhong J C. 2023. 3D modeling based on UAV oblique photogrammetry: Research status and prospect. Journal of Spatio-temporal Information, 30(1): 41-48, doi: 10.20117/j.jsti.2023010061 引 言实景三维是对人类生产、生活、生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字虚拟空间，是国家新型基础设施建设的重要组成部分。

无人机倾斜摄影实景三维技术研究一、引言随着科技的不断发展，无人机倾斜摄影技术作为一种新兴的技术手段，已经在多个领域展现出其独特的优势和应用价值。

该技术通过无人机搭载倾斜摄影相机，从多个角度获取地面目标的影像数据，进而实现实景三维建模。

在城市规划、地质灾害监测、文化遗产保护等领域，无人机倾斜摄影技术能够提供高精度、高效率的三维实景数据，为相关决策提供有力支持。

因此，本文旨在深入研究无人机倾斜摄影技术在实景三维建模中的关键技术及其优化方法，以推动该技术在更广泛领域的应用和发展。

二、相关技术研究现状1.无人机倾斜摄影技术概述：无人机倾斜摄影技术是指通过无人机搭载倾斜摄影相机，同时从垂直和倾斜多个角度采集地面目标的影像数据。

这种技术能够获取更加真实、丰富的三维信息，弥补传统垂直摄影在三维建模方面的不足。

此外，无人机具有机动灵活、成本低廉等优势，使得倾斜摄影技术在实际应用中更加便捷高效。

2.实景三维建模技术：实景三维建模是指利用倾斜摄影数据生成三维点云，进而构建出真实场景的三维模型。

该技术能够还原现实场景的三维形态和结构，为城市规划、灾害评估等提供可视化支持。

实景三维建模的流程主要包括数据获取、点云生成、模型重建和纹理映射等步骤。

3.国内外研究现状：目前，国内外众多学者和机构都在积极开展无人机倾斜摄影实景三维技术的研究工作。

在数据获取方面，研究者们不断探索优化飞行路线和拍摄参数的方法；在点云生成和模型重建方面，各种算法和软件工具不断涌现和完善；在应用领域方面，该技术已经成功应用于城市规划、地质灾害监测、文化遗产保护等多个领域。

三、无人机倾斜摄影数据采集与处理1.无人机平台与传感器选择：选择合适的无人机平台和传感器对于获取高质量的倾斜摄影数据至关重要。

在选择无人机平台时，需要考虑其载荷能力、续航时间、飞行稳定性等因素；在选择传感器时，则需要关注其分辨率、感光度、动态范围等性能指标。

通过综合评估不同无人机平台和传感器的性能特点，可以选择出适合实景三维建模的无人机平台和传感器组合方案。

基于飞行器图像的大规模3D重建技术研究随着现代科技的发展，世界上许多事物都在逐步数字化。

其中，三维重建技术已经成为了一个十分热门的领域。

而在三维重建技术中，基于飞行器图像的大规模3D重建技术则是一个备受关注的分支。

基于飞行器图像的大规模3D重建技术是一种通过在空中采集大量图像并进行计算机处理，构建出三维模型的方法。

这种方法的原理是，通过飞行器所拍摄的大量图像，对其中的每一张图像进行三维重建处理，然后将所有的三维模型拼合在一起，最终得到一个完整的三维模型。

在实践中，基于飞行器图像的大规模3D重建技术已经被广泛应用于城市规划、建筑设计、地质勘探等领域。

并且，该技术还可以被用于监测海岸线和水位等自然地理环境的变化，优化城市规划和道路规划等。

它的应用范围非常广泛，可以极大地帮助人们更好地了解和管理自然和人造环境。

在实践中，基于飞行器图像的大规模3D重建技术需要运用到多种技术和方法。

首先，需要运用到无人机等飞行器的技术，以实现在空中采集大量图像的目的。

其次，需要用到图像处理技术，以清晰地获取每张图像中的目标物体的形状和轮廓。

最后，还需要采用三维重建算法，将所有的图像处理结果拼接在一起，生成完整的三维模型。

在实践中，基于飞行器图像的大规模3D重建技术还存在一些问题和挑战。

例如，当采集到的图像数量非常多时，会出现计算机处理速度变慢、存储空间不足等问题；同时，由于环境和设备等因素的影响，采集到的图像质量可能会受到影响，这也会影响到最终的三维重建效果。

总之，基于飞行器图像的大规模3D重建技术是一项非常重要的技术，在未来有着广阔的应用前景。

虽然该技术还存在一些问题和挑战，但只要不断地深入研究和探索，相信这些问题和挑战最终都能够得到有效解决。

无人机的航拍与三维建模技术研究随着科技的不断发展，智能化、自动化成为现代社会不可或缺的一部分，无人机技术作为自动化技术的重要应用之一，也得到了长足的发展。

在如今各个领域中都可以看到无人机的身影，应用范围已经扩展到国防、民用甚至娱乐等多种领域。

其中，无人机的航拍与三维建模技术无疑是比较热门的应用领域之一。

一、无人机的航拍技术远离尘嚣的自然山水、鸟瞰城市街道、悬崖峭壁等视野极佳的角度可以通过无人机的航拍技术呈现在我们面前。

无人机是一种可以通过无线电遥控或预先设定的路线进行自主飞行的航空器，它的小巧灵活、高空能力以及简单易操作成为其最大优势。

在拍摄领域，由于无人机的独特性，航拍不再只有摄像机在地面上通过伸缩臂或者类似的机械装置来拍摄，取而代之的是无人机通过悬浮于空中，可以从不同的拍摄角度为我们捕捉到与以往不同的景象。

二、无人机三维建模技术三维建模技术在很多领域应用相当广泛，但是，传统的三维建模技术通常需要通过绘制三维模型来实现，操作繁琐，费时费力。

而无人机三维建模技术则可以通过自动化的飞行、图像处理以及三维建模算法来实现，从而大大提高了建模效率。

无人机三维建模技术主要有以下两个步骤：1. 航拍数据的采集处理：无人机通过拍摄一组图像，这些图像可以是摄像头所拍摄的高清晰度图像。

这些图像会在后续的数据处理中，通过重建算法，构建出原始的三维数据模型。

2. 三维建模处理：基于航拍数据的处理结果，利用相应的算法，计算出材料的位置、纵深、宽度等信息，来生成三维模型，建模的精度一般取决于原始数据的质量和处理精度。

三、无人机航拍与三维建模技术的应用1. 辅助城市规划与设计：利用无人机进行航拍，可以为城市规划与设计提供更加精细化的基础数据，将城市的序列化、规范化提高到更高层次。

2. 文物保护与修复：尤其是巨大、高远或人力无法直接操作的文物工程，可以通过无人机的航拍与三维建模技术进行修复、保护、保存。

3. 地形勘测：通过航拍与三维建模技术进行地形勘测，可以为天气预报、工程建设与军事作战提供准确的地形信息数据。

《无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究》篇一一、引言随着科技的不断发展，无人机（Unmanned Aerial Vehicle，简称UAV）技术的广泛应用为测绘、地质勘查、城市规划等领域带来了革命性的变化。

其中，无人机倾斜摄影测量技术以其高效率、高精度的特点，在三维建模领域展现出巨大的潜力。

本文旨在研究无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的流程、方法及关键技术。

二、无人机倾斜摄影测量技术概述无人机倾斜摄影测量技术是指利用无人机搭载多种传感器，从不同角度（包括垂直、倾斜等）对地面进行拍摄，获取地面高分辨率影像数据的技术。

该技术具有以下特点：1. 高效性：无人机可以快速、灵活地飞抵指定区域进行拍摄。

2. 高精度：高分辨率影像能够详细反映地面的细微变化。

3. 多角度：倾斜摄影可以获取不同角度的影像，为三维建模提供更为丰富的信息。

三、影像处理技术影像处理是无人机倾斜摄影测量的关键环节，其目的是从原始影像中提取有用的信息，为后续的三维建模提供数据支持。

主要步骤包括：1. 影像预处理：包括影像的校正、配准、去噪等，以提高影像的清晰度和准确性。

2. 特征提取：利用计算机视觉和图像处理技术，从影像中提取出有用的特征信息，如角点、线特征等。

3. 影像拼接与融合：将多张影像进行拼接和融合，形成大范围、高精度的地理信息数据。

四、三维建模技术基于无人机倾斜摄影测量的影像数据，可以通过三维建模技术构建出地物的三维模型。

主要方法包括：1. 数字表面模型（DSM）构建：通过影像匹配和三维重建技术，构建地物的三维表面模型。

2. 三维场景重建：结合多源遥感数据和地面实测数据，构建真实感更强的三维场景模型。

3. 三维模型优化与渲染：对三维模型进行优化和渲染，提高模型的视觉效果和真实感。

五、关键技术与挑战在无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模过程中，面临以下关键技术与挑战：1. 高精度影像匹配技术：如何从大量影像数据中快速、准确地提取出有用的信息是关键。

如何使用航测影像进行三维建模航测影像是一种通过航空器（如飞机或无人机）拍摄的高分辨率航拍照片或视频。

利用现代技术，我们可以利用这些航测影像进行三维建模，以创建逼真的虚拟环境、地图或重建实际对象。

本文将探讨如何使用航测影像进行三维建模的基本原理和方法。

首先，使用航测影像进行三维建模的关键是获取高质量的影像数据。

这些影像需要具备足够的空间分辨率，以便捕捉到地面细节，并能够提供准确的测量数据。

此外，影像的颜色和对比度也需要保持一致，以便在建模过程中获得准确的纹理和细节信息。

一种常用的方法是使用立体影像对地物进行三维重建。

立体影像由同一地点的两个或多个影像拍摄而成，这些影像之间存在一定的重叠区域。

通过在这些重叠区域中找到共同的特征点，并计算这些特征点的三维位置，我们可以利用视差原理推断整个场景的三维结构。

另一种常见的方法是使用结构光或激光扫描仪对地表进行测量，然后将这些测量数据与航测影像进行融合。

这种方法可以产生极高精度的三维模型，但通常需要更多的时间和专门的设备。

无论采用哪种方法，进行三维建模的第一步是对航测影像进行预处理。

预处理的目的是消除无关信息（如云层或树叶），并增强有用信息以提高后续建模的准确性。

然后，通过使用影像匹配算法，我们可以在航测影像中找到共同的特征点。

这些特征点可以是角点、线条或纹理等。

根据这些特征点之间的关系，我们可以计算它们的三维位置，并生成一个初始的三维点云。

接下来，我们可以使用点云配准算法消除误差并对点云进行精加工。

这些算法可以将相邻点云之间的重叠区域进行对齐，并修正由于飞行轨迹或摄像机姿态等因素引起的偏差。

一旦完成了点云的配准，我们可以将其转换为三角网格，以便进行表面重建。

这可以通过应用三角化算法来实现，其中点云中的点被组织成连续的三角形网格。

在创建了三角网格后，可以进一步添加纹理和材质信息，以增加模型的逼真感。

这可以通过将航测影像的纹理映射到三角网格上来实现。

纹理映射涉及到将影像的像素坐标映射到三角形的纹理坐标，以便在模型上正确显示影像纹理。

基于无人机的三维建模技术的研究与实现基于无人机的三维建模技术的研究与实现一、研究方案本研究旨在探索基于无人机的三维建模技术，并提出一种新的观点和方法，以解决实际问题。

具体的研究方案如下：1. 设计与制造需要设计和制造一架适用于三维建模的无人机。

该无人机应具备高空稳定飞行、携带高分辨率相机和激光雷达、自主避障等功能。

还需要选择和集成适合的传感器和硬件设备，确保数据采集和处理的精度和效率。

2. 数据采集利用设计好的无人机完成数据采集任务。

在数据采集过程中，主要包括航线规划、飞行控制、影像采集和激光扫描等步骤。

通过航线规划和飞行控制，确保无人机按照预定的路径和姿态进行飞行；通过高分辨率相机进行影像采集，获取地物表面的图像信息；通过激光雷达进行激光扫描，获取地物的三维点云数据。

3. 数据预处理对采集到的数据进行预处理，主要包括对影像进行去畸变、校正和拼接，对激光点云进行精度优化和噪声去除等步骤。

通过数据预处理，能够提高数据的精度和质量，为后续的数据分析和处理提供有效的基础。

4. 数据分析在数据预处理完成后，对采集到的数据进行分析和处理。

其中，影像数据主要用于获取地物的外部形状和纹理信息，激光点云数据主要用于获取地物的内部结构和形态信息。

通过影像和点云数据的融合可以得到更加完整和准确的三维模型。

在数据分析过程中，可以采用传统的计算机视觉算法、机器学习算法以及深度学习算法等方法，从而实现对地物的自动识别、分割和重建。

5. 新的观点和方法基于已有的研究成果，本研究还将提出新的观点和方法，以进一步提高三维建模技术的精度和效率。

例如，可以考虑引入多传感器融合技术，将相机、激光雷达和惯性导航等传感器的数据进行融合，获得更加准确的三维模型。

还可以探索机器学习和深度学习的应用，从而实现对三维建模的自动化和智能化。

二、方案实施1. 设计与制造无人机：根据需求，设计和制造一架适用于三维建模的无人机。

制造无人机所需的硬件和软件设备，并进行测试和调试，确保其正常运行和稳定飞行。

无人机倾斜摄影的三维重建技术在乡村景观设计中的应用一、引言随着科技的进步和社会的发展，乡村景观设计作为乡村建设的重要组成部分，越来越受到人们的关注。

传统的乡村景观设计方法往往受到时间、人力和物力等因素的限制，难以满足现代乡村建设的需求。

因此，急需探索一种高效、准确且直观的设计方法。

在这一背景下，无人机倾斜摄影技术和三维重建技术的出现为乡村景观设计提供了新的思路。

这两种技术具有高分辨率、多角度、高效率等特点，能够极大地提高设计效率和准确性。

通过无人机倾斜摄影技术获取乡村地区的详细影像数据，再利用三维重建技术构建真实的三维模型，设计师可以在模型中进行更加直观和准确的设计，从而提高设计质量和效率。

本文旨在探讨无人机倾斜摄影的三维重建技术在乡村景观设计中的具体应用方法和效果，以期为乡村景观设计提供一种新的技术手段和设计思路。

二、无人机倾斜摄影技术概述无人机倾斜摄影技术是指利用无人机搭载倾斜摄影相机，从多个角度对目标区域进行拍摄，获取高分辨率的影像数据。

这种技术具有以下特点：1.高分辨率：无人机倾斜摄影技术能够获取高分辨率的影像数据，能够捕捉到更多的细节和信息。

2.多角度：该技术能够从多个角度对目标区域进行拍摄，获取更加全面和准确的信息。

3.高效率：利用无人机进行拍摄，可以大大提高拍摄效率，减少人力和物力的投入。

在乡村景观设计中，无人机倾斜摄影技术可以应用于以下方面：获取乡村地区的详细影像数据、对乡村地区的自然和人文景观进行全面的记录和分析、为设计师提供更加直观和准确的设计依据等。

通过该技术，设计师可以更加全面地了解乡村地区的实际情况，为后续的设计工作提供有力的支持。

三、三维重建技术概述三维重建技术是指利用计算机技术和相关算法，将二维的影像数据转化为三维模型的过程。

这种技术具有以下特点：1.真实性：三维重建技术能够构建真实的三维模型，再现目标区域的真实场景。

2.精确性：该技术能够精确地还原目标区域的形状、尺寸和纹理等信息。

浅析地面激光扫描联合无人机影像的三维模型重建摘要:无人机在众多领域起到很大的作用，尤其在地面三维模型成像方面。

本文主要阐述如何运用地面三维激光扫描来实现对相关地物的信息采集，最终形成立面点云。

在这个过程中，很大重要的要运用到无人机倾斜摄影结束，通过无人机扫描来实现地物顶部和立面点云两者的精准配合，实现完整的立体的地物点云，最终通过三维建模来重现该场景，保证点云数据的完整性和整体三维建模的准确性，为后续的业务精准定型重建创造新思路。

关键词:三维模型、无人机、模型通常在城市规划、房地产管理、自然灾害；传统村寨、传统建筑以及景观的物质文化资料采集等众多领域中使用三维模型，通过三维建模能够有效地了解当前发生的实时情况，便于管理和灾害应对。

三维建模主要依托于地形图或者高分卫星图法，还有我们平时所熟知和使用的无人机倾斜摄影技术等方法。

采用无人机进行倾斜摄影一般需要从建筑物的顶面开始，通过人工实现对无人机的操控，获得基础信息，从而开始人工干预建模，人工智能化、自动化程度比较高。

但是有个致命的缺点，就是缺乏建模所有的建筑物立面信息。

因此通过地面三维激光扫描和无人机倾斜摄影测量技术来实现三维模型是全面精确的重建。

一、数据的采集及处理数据的采集是重中之重，只有正确采集到数据才能保证建模的准确性和完整性。

在进行采集过程中，融合三维激光点云和倾斜摄影测量点云形成的地表地物全面的三维点云数据。

因此在采集之前需要进行一定数据和程度的布点，方便摄影和扫描后进行对应，从而实现采集的点云统一到整体的坐标体系中，实现二者之间的核对，提高整体测量的精准度。

在技术层面一般会选用GPS实时动态，未来也会运用北斗导航的实时动态，通过三个已确定的平高控制点来实现获取坐标转换参数，同时借用我们的信息基准站采集的载波相位技术进行解算。

针对GPS信号较弱的位置，则运用全站仪定向测量，从而可以控制误差在合理的区间范围之内。

比如我们一般测量80-90个地面激光扫描站点，加上30个左右的无人机航测点，平面高度误差应控制在2cm 以内为佳。