在单次飞行中创建三维城市模型

转载 2023-02-08 10:06 Phase One 来源：Phase One

越来越多的城市需要快速绘制三维城市地图。德国的多特蒙德Aerowest公司一直在使用IGI的UrbanMapper，其中有8台Phase One 1亿像素相机，以快速、高效和经济的方式获取三维城市模型的空中数据。

正摄和倾斜航空摄影采集的效率

在过去十年中，倾斜航空相机系统被用于多种不同的航空成像应用中。系统用途包括但不限于：多视角立体浏览、360度视角下建筑物屋顶和立面的可视化、三维城市模型的逼真纹理以及单点模式下建筑物高度的测量。

如今，城市规划者和决策者依靠三维城市模型来支持各种各样的计划和行动。比如用三维城市模型为城市结构、人口增长和城市规划的变化做准备，为自然和工业灾害建立预防措施、抑制有限资源的过度使用，结合可持续实践等。因此，城市规划者需要一个可靠且可随着时间的推移做出修改的数据库，以便全面了解城市环境。获取倾斜成像的直接优点是可以查看在垂直视图中通常被遮挡或不可见的元素。

自1970年以来，Aerowest公司一直提供从航空照片中获取和处理地理空间数据的服务。2017年2月，他们将8台Phase One 1亿像素工业相机集成到IGI UrbanMapper中，以快速、高效和经济的方式获取空中三维模型数据。

图片：三维网格模型–AEROWEST提供。2018 ©

案例速览

航程1000米：GSD 5cm

飞行高度为3300ft/1000m，地面采样距离（GSD）为2”/5cm

航向重叠>80%：飞行速度120KN

正摄图像尺寸，RGB 28,200 x 11,500 px

正摄图像尺寸，NIR 24,900 x 11,500px

倾斜图像尺寸，RGB 11,664 x 8,750 px

同时捕获正摄和倾斜图像

3台正摄一亿像素相机-300MP

1台安装在正摄方向-可选近红外(NIR)

4台倾斜1亿像素相机

Phase One相机的质量和可靠性非常出色。由于相机的高灵敏度，IGI UrbanMapper可以在不良光照和高速飞行的条件下运行，同时仍能保持高质量的图像捕获。两年内，我们成功拍摄了超过120万张图像。

——HANS JOACHIM BENFER

Aerowest首席执行官

IGI和Aerowest使用集成了八台Phase One1亿像素相机的Urban Mapper完成了单次飞行捕获大画幅正摄和倾斜航空图像的项目。

同时捕获多视角图像

Aerowest将上述功能与新开发的IGI UrbanMapper系统相结合，该系统将高分辨率的正摄图像和倾斜图像组合在一个系统设置中。高几何稳定性和高质量图像的结合使得城市规划者可以将细节放大到极致。UrbanMapper中使用的相机需要具有高动态范围和高分辨率，以适应不同的光线条件（如阴影区域）。

IGI的UrbanMapper由8台Phase One 1亿像素相机组成，可同时捕捉多个视角，且航向高度重叠。相机系统安装在陀螺稳定平台上，并与IGI的AEROControl GNSS/IMU系统一起运行。这使得对每个曝光位置和图像方向的精确定位成为可能。该系统能够实现单次飞行中大画幅正摄和倾斜空中图像的捕获。

图片：高分辨率1亿像素倾斜航空图像–BVB-NOORD–由AEROWEST 公司提供。2020 ©

高性能的Phase One相机

Aerowest首席执行官Hans Joachim Benfer解释说，独特的航空传感器系统可以同时捕获正摄和倾斜图像，并且即使在分辨率高达2厘米时，航向重叠也能超过80%。

Benfer表示：“基于短曝光时间和高灵敏度CMOS传感器，我们可以在2000米（6500英尺）的飞行高度上采集图像，图像质量与轻型飞机或无人机在较低飞行高度上运行的相机系统相同甚至更好。”

图片：倾斜图像放大–由AEROWEST公司提供2018©

IGI UrbanMapper包含：

3台垂直于航向安置的Phase One 一亿像素相机

1台Phase One 1亿像素相机–NIR

4台Phase One1亿像素相机–倾斜

传感器技术：Phase One BSI-CMOS

84dB的高动态范围

RGB，RGB+CIR

生成在线城市模型

每台Phase One工业相机包含一个1亿像素 CMOS传感器，每个镜头使用创新的RS快门。单幅图像的捕获率仅为0.6秒，同时与IGI处理器集成的高性能Phase One RS工业镜头提供了出色的图像质量。该系统能够在400米的飞行高度提供2厘米的地面采样距离（GSD）；在1000米飞行高度下提供的5厘米的地面采样距离。在120kn的飞行速度下，实现>80%的航向重叠。

UrbanMapper及八台Phase One 1亿像素航拍相机捕获了大量数据。处理这些数据并从中生成一个全面而详细的模型需要时间。Aerowest使用nFrames 公司的SURE Aerial软件和Skyline software Systems公司的PHOTOMESH软件并排生成城市的纹理三维模型。定向图像可以用市场上的任何匹配或摄影测量软件进行处理。即使是较小的城市，也可以实现经济高效、高质量的三维城市模型以及精确到两到十厘米的正射影像。

多视角航空成像为基于地理数据的应用开辟了许多新的机会。使用合格相机拍摄的航空成像为各种规划、测量和可视化提供了数字三维复刻现实的最快方式。

高分辨率多视角航拍照片可自动生成三维城市模型。一个连贯的表面，即所谓的三维网格，是从三维点云中派生出来的，并在整个过程中进行了纹理处理。也可以使用面向对象的方法来捕捉和纹理化三维建筑。通过这种方式，可以将逼真建模的三维建筑链接到任何材质数据（例如ALKIS）。Aerowest通过标准的CityGML格式提供并更新带有纹理的城市模型。