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• 作者：应用开发中心-李娜娜
• 发布时间：2019-08-27 10:26
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【概要描述】自6月17日《SmartDodging，让实景三维“丽质天成”》(注：SmartDodging现已更名为MapMatrix3D-Dodging)发布以来，我们陆续收到了大量读者的留言和来电咨询，还有不少客户主动申请试用，大家表现出了对该软件模块的浓厚兴趣。为了回馈大家的热情，也为了解决普遍存在的相关疑问，我们此次将对其中提及的MapMatrix3D-Dodging项目案例进行深度剖析、详解案例流程，带领大家深入了解MapMatrix3D-Dodging的作业方式及项目效果。 　　项目区简介 　　在城乡建设用地增减挂钩系列项目中，航天远景受甲方委托，对湖南省某县项目区约280平方公里的范围进行无人机倾斜航空摄影，并完成区域内的倾斜三维模型构建工作。项目区基本参数如表1所示。   表1 项目区基本参数     　　项目区航线及像控点布设如图1所示。 图1 项目区航线及像控点布设图   　　项目区数据处理平台 　　航摄设备 　　项目采用固定翼KC3400搭载Canon EOS 5DS相机，完成项目区的倾斜航空摄影工作。KC3400为一款垂直起降无人机，其航时为4-6小时，同时装有机载双频GPS接收机，确保精度的同时，减少外业控制点数量。   　　软件设备 　　区块色彩调整采用航天远景MapMatrix3D-Dodging。   　　硬件设备 　　全流程集群硬件支持，配合CUDA异构计算，将多核CPU和GPU处理技术与分布式集群运算相结合。CPU：i7 7700K(64g内存);显卡：GTX 1060。   　　项目实施流程 　　项目区作业流程包括如下几个步骤：倾斜航空摄影、数据质量检查、影像预处理、空三计算、倾斜三维建模。   　　倾斜航空摄影 　　根据项目区范围确定航摄方位，飞行计划获批后，根据项目技术要求，进行航空摄影技术设计。 　　外业航飞作业时间为2天，航摄4个架次，共获取影像6450张，其中，第1和2架次于16日(多云转阴)获取，3和4架次17日(多云)获取，拍摄时间跨度均为10点至17点。   　　数据质量检查 　　外业倾斜航空摄影实施完成后，对获取的4个架次数据进行质量检查(表2)。   　　表2 数据质量记录表   　　由于受天气因素影响，第2架次获取影像较暗，与其他架次明暗差异较大，如图2所示。 图2 第1和2架次影像   　　由于相机问题，出现单张影像边缘较暗的情况，如图3所示。 图3 影像边缘较暗示意图   　　影像预处理 　　考虑到2架次和3架次影像偏暗，直接建模会使模型在架次拼接处过渡不自然、存在明显的接缝线。采用远景MapMatrix3D-Dodging软件对项目区影像进行色彩预处理，可以有效解决由于天气因素等原因造成的影像色调差异问题。 　　影像色彩预处理过程如下： 　　数据源准备 　　色彩预处理之前，进行数据源准备，包括原始影像数据和pos数据，其中，pos数据与影像ID一一对应。 　　计算金字塔影像 　　金字塔影像的生成，用于加快软件运行速度，并且可以在效果预览中用金字塔影像生成纹理改善预览图。 　　参数设置 　　根据测区范围与架次覆盖范围，设置格网尺寸为5km×5km，并设置勾选自适应边缘增强。 　　效果预览 　　快速统计测区内影像特征值，并对每个格网影像快速生成部分效果图，提供效果预览功能。 　　色彩调整 　　根据测区内特征，自动化地进行全区影像色彩调整。 图4 色彩调整后1和2架次影像效果图   　　对比图2和图4可以发现，色彩调整后不同架次的影像色调基本一致、过渡自然，既保持了影像原有的色调，又顾及了区块间的光滑过渡。对影像去暗角的效果如下图5所示。 　　     　　图5 去暗角影像效果图 　　对比图3和图5可以看出，通过对影像去暗角，影像中心亮、四周暗的情况得到了有效改善。 　　空三计算和三维建模 　　使用原始影像进行空三计算;空三计算完成后，将色彩调整后的影像和前期空三计算结果提交至三维建模模块，设置区块大小、调整成果范围，提交模型重建任务。图6(a)、(b)中分别为色彩调整及边缘增强前后正射影像及三维建模效果图(左为正射影像，右为三维模型)。   (a) 原始成果图 (b) 色彩调整后成果图   　　图6 色彩调整前后正射影像及三维建模效果图   　　图7所示为城市地区色彩预处理前后正射影像和倾斜三维建模效果图，(a)中左图、右图分别为色彩调整前后正射影像图，(b)中左图、右图分别为色彩调整前后倾斜三维模型。   (a) 色彩调整前后正射影像图 (b)色彩调整前后三维模型   　　图7 色彩调整前后正射影像及三维建模效果图 　　从图7中可以看出，色彩调整后的正射影像和倾斜三维模型架次拼接处色调过渡自然、无拼接缝，正射影像和三维模型均具有较好的视觉效果。 　　设备投入及效率 　　本项目区色彩预处理使用的设备平台为Windows10系统、CPU i7 7700k(64g)、显卡 GTX 1060，单机1.75小时完成6450张影像的色彩调整与影像去暗角。 　　结论 　　截至发稿前，MapMatrix3D-Dodging已经在土地资源后备增加挂钩和倾斜三维建模等4个项目中应用，累计处理影像数目60万幅。针对大范围倾斜三维建模，MapMatrix3D-Dodging的使用大大减弱了复杂天气(如多雾、阴天、光照变化大)等对正射影像成图和倾斜三维建模成果的影响。 　　可以说，航天远景MapMatrix3D-Dodging的成功研发对三维建模领域有着非同一般的意义，它特有的网格化色彩调整、去暗角等功能，不仅有效弥补了外界条件造成的影像缺陷，也极大地优化了航摄影像效果，为后续色彩自然一致、纹理清晰的三维模型重建工作奠定了良好的基础。