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倾斜摄影的精度到底是什么

做航测的人经常被客户问到的一个问题,“你们能生产什么精度的模型?”一般遇到这个问题,常见的回答是3-5公分,但是这3-5公分到底是什么精度呢?倾斜摄影的模型质量又可以从哪些方面去评估呢?今天这篇文章就来聊一下这些问题。

首先我们可以从三个精度来评估倾斜摄影三维模型的质量,分别是位置精度、影像精度、结构精度和纹理精度。

 

一、位置精度

 

我们都知道,倾斜摄影模型是带有坐标信息的,但是由于人工和设备自身的原因,模型中的地物位置很难和实际的位置完全一样,也就是无法百分百还原真实地理位置,这就产生了点位误差。哪些情况下会要求点位精度呢呢?主要是一些测量用途的模型,比如需要用模型进行规划用地测量或地块确权,需要对模型进行长度、宽度、高度或面积测量的时候,对模型的位置精度一般会提出一定要求。而一般用仅于可视化展示的模型对位置精度没有太严格的要求。

 

那就有一个问题了?哪些因素会影响模型的位置精度呢?其中像控点是影响模型位置精度很重要的一个因素。像控点合理布设是最基本的保证位置精度的方法,其位置的选择和坐标的测定直接影响到模型成图的位置精度。在像控点周边比较平坦的区域,精度相对高一点,在房角、墙线、陡坎等几何特征变化大的地方,模型上的采点误差比较大,精度衡量可靠性便降低。因此适量增加像控点的数量并合理布局是提高模型精度的关键。具体以什么标准进行像控点布设,这个我们以后再讲。

 

二、影像精度/地面分辨率

 

这里的影像精度和地面分辨率可以看作是一个事情。地面分辨率,也叫空间分辨率,是衡量遥感图像(或影像)能有差别地区分开两个相邻地物的最小距离的能力。分辨率是评价图像(影像)质量的重要指标,成像系统及所用感光材料的分辨本领,光照条件,以及被摄地物的形态等因素都能直接影响影像的分辨率。

 

分辨率数值在地面上的实际距离,称为地面分辨率。我们把影像数据不断放大,直至看到由多个像元组成的马赛克,然后测量其值,每个像元所代表的实际地物为2cm*2cm,那这个影像的分辨率就是2cm/像素,那我们就可以说这个模型数据的精度是2cm。倾斜摄影的分辨率一般是照片分辨率的三倍,就是根据照片生成的正射影像的地面分辨率的三倍,如果生成的正射影像的分辨率是2cm/像素,那模型精度基本就是5-10cm。

 

地面分辨率不同,识别信息的能力也不同。一般情况下,凡是大于分辨率的地物容易辨认,而小于分辨率的地物辨认就比较困难。比如我们说某个模型的分辨率是5cm,那么大于5公分的地物在模型上可以清晰辨认,但是小于5cm的地物就会模糊不清。在特殊情况下,其分辨率决定于地物本身状况与背景之间的反差条件。例如:沙漠与水塘信息,即使水塘的面积很小,但由于背景条件好(两种地物的色调反差大),很容易清晰地突现,可辨性强;而如果是沼泽与水塘,那么背景条件就差(两种地物的色调反差小),水塘信息被淹没,辨认就比较困难。

 

三、结构精度

 

结构精度,是评估模型对真实地物结构还原度的指标。传统手工建模可以自由设计地物的几何形状,不存在缺失结构的说法,但是倾斜摄影因为是通过采集地物图像进行的建模,影像重叠度越高,细节照片越多,地物要素信息越全,三维模型的结构特征就越完整。

 

一般影响结构精度的因素主要有两种,一种是原理性因素,由建模场景的特征决定。比如水面、玻璃、大面积单一纹理面的建筑物,随风晃动的植被,如护栏、管道、基站、铁塔、高压线等复杂、镂空的结构物,这一类建模场景很容易出现空洞和拉花的情况,且无法避免。另一种是主观性因素,主要是由航飞作业参数的设置、航飞光影条件、数据采集设备、建模软件等主观因素变化导致的模型建筑物出现重影、整体拉花、融化、光影严重斑驳、建筑错位、变形、建筑粘连等问题。这类问题是可以通过提高前期影像采集质量来提高精度。比如选择参数较好的相机、设置合理的重叠度、保证足够的航片数量等。另外,通过后期修模也可以减轻模型结构精度差的问题,但是如果要进行大面积、大规模的模型修饰工作,花费的人力、时间成本是非常庞大的。

 

四、纹理精度

 

纹理精度指的是模型的纹理对实际地物纹理的还原程度。倾斜摄影三维建模完全依靠计算机来自动匹配地物的纹理信息,所以原始的影像是影响纹理精度的最大原因。一是不同镜头像素的表现力不一而足,二是同一个镜头不同时间拍摄的影像质量也不同,最后是地物自身的纹理是否清晰易辨,这些因素共同导致匹配结果可能存在色彩不一致、明暗度不一致、纹理不清晰或缺失等情况。要提高纹理精度就必须提高参加匹配的影像质量,剔除存在云雾遮挡覆盖、镜头反光、地物阴影、大面积相似纹理、分辨率变化异常等问题像片,提高匹配计算的准确度。

 

这四种精度之间并不是相互独立,一般来说,位置精度高了,分辨率也会高一些,分辨率的提升也会带来结构精度和纹理精度的改善。


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