傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際攝影測(cè)量領(lǐng)域近十幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)從不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過(guò)先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的高精度三維模型。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于應(yīng)急指揮、國(guó)土安全、城市管理、房產(chǎn)稅收等行業(yè)。
傾斜三維模型質(zhì)量是一個(gè)系統(tǒng)的工程，要想獲得比較理想的三維模型效果，傳感器、航線設(shè)計(jì)、像控點(diǎn)布測(cè)、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理等各個(gè)環(huán)節(jié)均應(yīng)嚴(yán)格把控質(zhì)量，這里結(jié)合飛馬機(jī)器人公司的D-OP300傾斜航攝系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的介紹一些傾斜航攝儀的一些小知識(shí)，以幫助大家更好的理解我公司的產(chǎn)品，更好的了解傾斜航攝技術(shù)。

一、數(shù)碼相機(jī)相對(duì)位置

傾斜航攝儀集成一個(gè)下視相機(jī)和多個(gè)傾斜相機(jī)，中央一個(gè)垂直對(duì)地觀測(cè)，獲取垂直影像，與該相機(jī)4個(gè)正交方位分別以一定的傾角放置一個(gè)相機(jī)。由于傾斜航攝儀拍攝模式的特殊性，相機(jī)間的相對(duì)關(guān)系對(duì)于地物覆蓋范圍、傾斜影像分辨率變化范圍、相鄰曝光點(diǎn)影像重疊度、集成系統(tǒng)空間尺寸乃至后續(xù)數(shù)據(jù)處理算法都會(huì)產(chǎn)生影響，因此確定相機(jī)間排布模式是首要解決的問(wèn)題之一。針對(duì)多種排布可能，通過(guò)對(duì)地物覆蓋范圍、傾斜影像分辨率等因素進(jìn)行計(jì)算與仿真，確定較優(yōu)的排布模式為下視影像長(zhǎng)邊跨航線、前視、后視影像長(zhǎng)邊跨航線、左視、右視影像短邊跨航線。5相機(jī)觀測(cè)視野如圖1所示。

相機(jī)傾角指傾斜放置相機(jī)主光軸與垂直放置相機(jī)主光軸在它們所確定的平面內(nèi)所形成的夾角。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及模擬測(cè)試，當(dāng)傾角在40°~50°之間時(shí)，所獲得的影像更接近人眼對(duì)立面紋理信息的真實(shí)視覺(jué)體驗(yàn)，此范圍角度一般為攝影測(cè)量大傾角范圍，D-OP300傾斜航攝系統(tǒng)綜合各方面的因素選擇的傾角為45°。

二、傾斜航攝相機(jī)的選擇

相機(jī)選擇是影像獲取的關(guān)鍵因素之一，決定了所獲取影像質(zhì)量的好壞(如影像分辨率、成像的幾何精度等) 和攝影交會(huì)角的大小 (與相機(jī)視場(chǎng)角和攝影方式有關(guān))，將直接影響最終的量測(cè)精度。

如何搭配下視相機(jī)與傾斜相機(jī)的焦距，是影像獲取的另一個(gè)關(guān)鍵因素。目前，無(wú)人機(jī)通常可選用的相機(jī)焦距在20~50 mm之間。焦距較長(zhǎng)的相機(jī)，視場(chǎng)角小，可以獲取更多的影像紋理；焦距較短的相機(jī)，視場(chǎng)角大，影像變形也越厲害。選擇組合相機(jī)焦距時(shí)，需要整體考慮下視相機(jī)焦距和側(cè)視相機(jī)焦距的組合選擇。一般情況下，選擇下視相機(jī)的GSD應(yīng)與側(cè)視相機(jī)的GSDmid相當(dāng)

式中，α為傾角。當(dāng)傾角設(shè)置為45°時(shí)，一般情況下側(cè)視相機(jī)的焦距宜為下視相機(jī)焦距的1.4倍。因此，傾斜攝影時(shí)一般選用側(cè)視相機(jī)的焦距比下視相機(jī)的焦距要長(zhǎng)。

D-OP300傾斜航攝系統(tǒng)的側(cè)視相機(jī)的焦距宜為下視相機(jī)焦距的1.4倍（下視相機(jī)焦距25mm，側(cè)視相機(jī)的焦距35mm）。

三、定制鏡頭

傾斜航攝相機(jī)的鏡頭選擇的時(shí)候，一般考慮重量、大小、焦距、成像質(zhì)量、畸變大小等幾個(gè)方面，可以選擇市面上比較成熟的原裝鏡頭，但是這種鏡頭一般需要進(jìn)行改裝，然后進(jìn)行固定，鏡頭屬于精密儀器，改裝過(guò)程中必然會(huì)存在改裝誤差、人為操作誤差，很難保證鏡頭的成像質(zhì)量，同時(shí)一般原裝鏡頭的可選性相對(duì)比較少，缺少一些理想焦距的鏡頭。

近年來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)一些國(guó)產(chǎn)的鏡頭廠商投入了大量的人力物力，潛心研究制作，生產(chǎn)出了比較理想的國(guó)產(chǎn)鏡頭，可以很好的滿足傾斜航攝對(duì)鏡頭的各種苛刻的要求。但是，不可否認(rèn)，這種國(guó)產(chǎn)鏡頭在工藝流程上是難以與原裝鏡頭媲美的，所以難免存在個(gè)體差異，這就需要集成商在選擇國(guó)產(chǎn)鏡頭進(jìn)行裝備的時(shí)候，嚴(yán)格把控鏡頭質(zhì)量。

我公司D-OP300傾斜航攝系統(tǒng)的五個(gè)相機(jī)均采用的是定制型的國(guó)產(chǎn)鏡頭，在鏡頭交貨驗(yàn)收的時(shí)候，我們IQC人員按照嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一顆鏡頭進(jìn)行系列的驗(yàn)收檢查、鏡頭調(diào)焦、固定、檢校入庫(kù)流程，確保每一顆入庫(kù)鏡頭均達(dá)到理想狀態(tài)，決不允許一顆質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的鏡頭流入客戶手里。

四、相機(jī)安裝傾角、視場(chǎng)角與分辨率的關(guān)系

垂直和傾斜影像的地面分辨率是傾斜航攝儀最為直觀與重要的參數(shù)之一，也是直接決定后續(xù)三維建模質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傾斜影像自動(dòng)空三時(shí)，為了保證量測(cè)點(diǎn)的精度，應(yīng)盡量保證不同影像的分辨率一致，從而側(cè)視影像需要裁掉遠(yuǎn)端和近端分辨率差異過(guò)大的部分，但同時(shí)為了保證影像的重疊度，航線設(shè)計(jì)時(shí)需要顧及側(cè)視影像的分辨率。因此需對(duì)垂直與傾斜視角的影像分辨率進(jìn)行組合分析。根據(jù)垂直影像GSD計(jì)算公式：

結(jié)合傾斜相機(jī)主光軸旋轉(zhuǎn)角度，由圖2可以得出傾斜影像中心點(diǎn)、近地點(diǎn)與遠(yuǎn)地點(diǎn)的大致分辨率。設(shè)傾斜影像中心點(diǎn)、近點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)分辨率分別為GSDmid、GSDtop、GSDbotton，計(jì)算公式如下：

式中，δ為CCD單像元大小；h為飛行高度；f為相機(jī)焦距；αy為傾角；βy=arctan (b/f) 為視場(chǎng)角的一半。傾斜影像的幾何關(guān)系如圖2所示。

以D-OP300傾斜航攝系統(tǒng)的索尼A6000相機(jī)為例，當(dāng)傾角為45°，視場(chǎng)角為50°，βy=25°，f下視=25 mm，f側(cè)視=35 mm時(shí)，按照下視相機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)GSD=0.02 m時(shí)，H=128m。則側(cè)視相機(jī)的分辨率概算為

GSDtop=0.0154

GSDmid=0.0202

GSDbotton=0.0294

由此可見(jiàn)，除飛行高度、焦距、像素大小之外，傾角也是影響傾斜影像GSD的一個(gè)重要因素。傾角越小，其遠(yuǎn)點(diǎn)的分辨率越高，近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)GSD差異也就越小，GSD指標(biāo)的控制也是影響傾角設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵因素。通常，獲取的傾斜影像與垂直影像中心點(diǎn)地面分辨率應(yīng)相當(dāng)，傾斜影像的最小分辨率不宜超過(guò)垂直影像分辨率的3倍。

五、存儲(chǔ)

傾斜航空攝影測(cè)量的數(shù)據(jù)量一般都是比較大的，按照索尼A6000相機(jī)計(jì)算，3cm地面分辨率，80%*65%的重疊度獲取傾斜數(shù)據(jù)，一個(gè)架次旋翼無(wú)人機(jī)飛行30分鐘，可以獲取到約1000×5=5000張影像，單張影像大小約10M，那么一個(gè)架次的數(shù)據(jù)量約49G。如此大的數(shù)據(jù)量傳輸需要一定的時(shí)間。同時(shí)由于傾斜航攝對(duì)天氣的要求較高，相鄰架次之間的間隔越小越好，所以對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)，盡量避免出現(xiàn)以下兩種情況：

（1）所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一張卡上，存儲(chǔ)卡內(nèi)置于五相機(jī)里面，需要連接電腦下載；

（2）每個(gè)相機(jī)分別存儲(chǔ)，但是存儲(chǔ)卡內(nèi)置于五相機(jī)里面，需要連接電腦下載；

最好是方案就是將五相機(jī)從數(shù)據(jù)傳輸中解放出來(lái)，每一個(gè)五相機(jī)配備兩套存儲(chǔ)卡，每個(gè)相機(jī)分別存儲(chǔ)，一個(gè)架次完成后迅速將存儲(chǔ)卡取出，插入另一套存儲(chǔ)卡，切換下一個(gè)架次，在下一架次數(shù)據(jù)獲取的過(guò)程中完成上一個(gè)架次數(shù)據(jù)的備份存儲(chǔ)工作。

六、快門

快門是相機(jī)上控制感光片有效曝光時(shí)間的一種裝置，目前的數(shù)碼相機(jī)快門包括了電子快門、機(jī)械快門和B門。

按所在位置分為鏡間快門和焦平面快門面，前者大都為不可更換鏡頭的相機(jī)設(shè)計(jì)，后者見(jiàn)于單反、DC以及類似Leica M系列這樣的高端可換鏡頭旁軸相機(jī)。焦平面快門按照運(yùn)動(dòng)方式，可以分為橫走式和縱走式，按照材料區(qū)分可以分為布簾、鋼簾、鈦簾等

A6000相機(jī)采用的是電子控制縱走式焦平面快門，名字有點(diǎn)專業(yè)，沒(méi)必要深入了解。只要知道它位于相機(jī)焦點(diǎn)平面的前方，由兩層幕簾、電磁釋放裝置和減震裝置構(gòu)成，那前后兩層幕簾分別叫前簾和后簾：

快門一般是裝在機(jī)身上的獨(dú)立部件，便于裝配和維修，機(jī)械部分有一定壽命，特別是傾斜攝影需要高速頻繁的快門動(dòng)作，多數(shù)相機(jī)廠商官方并未對(duì)快門的壽命有統(tǒng)一的輸出，參考我們大量客戶的實(shí)際曝光情況，快門的使用壽命（曝光次數(shù)）一般集中在10-18萬(wàn)次左右。目前市面上無(wú)人機(jī)傾斜攝影相機(jī)為減輕重量，多數(shù)采用改裝相機(jī)，飛馬系列產(chǎn)品均采用獨(dú)立相機(jī)改裝，便于在客戶快門壽命到期后，為客戶提供快門更換服務(wù)。