影像倾斜摄影质量成果的因素有哪些？

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。

由于倾斜摄影采用的是航空摄影方式，因此会产生许多影响质量成果的因素。下面，我们一起来看下这些影响因素有哪些。



一、传感器   
  
影像数据的质量主要为影像色彩的质量。在没有云、雪、雾和天气等自然因素的干扰下，评价一幅影像数据质量的好坏主要看其光谱信息是否获取完整，分解率是否满足要求。这些因素主要依赖于摄影传感器的质量。评价一台传感器质量主要看其设备参数，传感器中CCD或CMOS尺寸越大，像元越大，其感光能力越强，成像效果好，获取的光谱信息越丰富，拍摄的影像数据的色彩也就越自然，分解率也高，但CCD或CMOS尺寸越大，制造工艺也越难，造价也越高。

目前，用于倾斜摄影的设备主要有：载人飞机搭载的专业航摄仪，都基于中画幅相机制造；无人机搭载的倾斜相机，均基于小画幅相机制造。所以，在选择倾斜相机时，不能只关注相机像素，需要从传感器的各方面入手，依据项目的需求选择合适的倾斜相机进行作业，使精度和效率均有兼顾。

对于各类倾斜相机，在获取目标物影像时，还需要按照要求依据成图比例尺，设计合理的地面分辨率。因后期空三加密中的像点量测、相对定向的精度都直接和地面分辨率有关。

二、分辨率  
   
垂直和倾斜影像的地面分辨率是倾斜航摄仪最为直观与重要的参数之一，也是直接决定后续三维建模质量的关键因素。倾斜影像自动空三时，为了保证量测点的精度，应尽量保证不同影像的分辨率一致，从而侧视影像需要裁掉远端和近端分辨率差异过大的部分，但同时为了保证影像的重叠度，航线设计时需要顾及侧视影像的分辨率。因此需对垂直与倾斜视角的影像分辨率进行组合分析。

根据垂直影像GSD计算公式GSD=δ*h/f结合倾斜相机主光轴旋转角度，由以下公式可以得出倾斜影像中心点、近地点与远地点的大致分辨率。设倾斜影像中心点、近点和远点分辨率分别为GSDmid、GSDtop、GSDbotton，计算公式如下：



式中，δ为传感器单像元大小；h为飞行高度；f为相机焦距；αy为倾角；βy=arctan (b/f) 为视场角的一半。倾斜影像的几何关系如图所示。



除飞行高度、焦距、像素大小之外，倾角也是影响倾斜影像GSD的一个重要因素。倾角越小，其远点的分辨率越高，近点、远点GSD差异也就越小，GSD指标的控制也是影响倾角设计的一个关键因素。通常，获取的倾斜影像与垂直影像中心点地面分辨率应相当，倾斜影像的最小分辨率不宜超过垂直影像分辨率的3倍。

三、相机焦距  
   
相机选择是影像获取的关键因素之一，决定了所获取影像质量的好坏 （如影像分辨率、成像的几何精度等） 和摄影交会角的大小 （与相机视场角和摄影方式有关），将直接影响最终的量测精度。如何搭配下视相机与倾斜相机的焦距，是影像获取的另一个关键因素。

焦距较长的相机，视场角小，可以获取更多的影像纹理；焦距较短的相机，视场角大，影像变形也越厉害。选择组合相机焦距时，需要整体考虑下视相机焦距和侧视相机焦距的组合选择。当倾角设置为45°时，一般情况下侧视相机的焦距宜为下视相机焦距的1.4倍。因此，倾斜摄影时一般选用侧视相机的焦距比下视相机的焦距要长。

四、相机畸变参数     

在航空测量中，畸变直接影响测量精度。畸变差使被摄物体与影像之间不能保持精确的相似性，造成影像几何变形。一般的办法是，固定相机镜头，减小相机畸变参数变化对加密成果的影响。或者是通过建立三维控制场，及时检测无人机航拍前后的相机畸变参数。



五、天气   
  

天气因素会影响图像质量，主要是风、雾霾，雨雪，当风速过大时，应该考虑停止飞行。首先，风大会造成飞机飞行速度和姿态变化过大，导致从空中所照的照片扭曲程度过大，最终成像模糊。同时会加速飞机动能的消耗，导致缩短飞行时间，最终有可能会在有限的时间内未能完成计划区域。

天气对影像质量的影响：

雨水天气：雨水天气会导致地面积水，产生破洞；

阴霾天气：雾霾天会直接影响模型质量（清晰度）；

风向/风速：风向或风速影响无人机的飞行航线和影响携带镜头的稳定性，直接影响照片成像的清晰度；

太阳高度角：太阳高度角会造成地面阴影和光照度的变化。拍摄日期太早或太晚时，由于太阳斜射，地面阴影较大，光照强度较弱，导致采集到的建筑物背阳，空三匹配精度差，纹理模糊且亮度很低，最终影响建模效果； 

同一区域拍摄日期不同会造成的地表影像差异。



水面透明和光滑表面材质的建模对象在生产模型时会产生破洞

最适合拍摄的天气：

薄云晴天：光亮度和光照度使影像色彩还原度比较好；

无风：保证成像清晰度；

地表干燥：可避免地表干湿度随时间变化影响影像质量；

无积雪：获取真实地表影像；

无雾霾：保证清晰度的重要条件；

太阳高度角小：正中午地面阴影最小。

实际作时，若项目周期长、作业面积大，应尽量避免气象因素带来的影响。具体措施如下：

选择或等待较好的天气，尽量避免阴影的出现；

尽量缩短同一架次内相邻航线间的飞行间隔（航行不宜过长）；

尽量缩短同一天内、同一分区内、相邻架次、相邻航线间的飞行间隔（要有连续性）；

尽量选择相同时间点飞行，以避免太阳角度带来的差异；

尽量缩短同一人物区的作业周期，合理安排飞行计划。



不同日期以及天气拍摄的照片导致模型合并的时候出现明显的色差

六、重叠度   
  
数字摄影测量的相关规范中，对重叠度都有相应的要求，保证不能出现绝对漏洞和相对漏洞，同时也保证后期的计算机自动匹配程度和匹配精度。重叠度越大，匹配越容易，前方交会的精度也会提高，对后期模型的平面和高程精度都会有影响。

目前，行业内并没有可以参考的倾斜摄影相关标准。根据已有的航摄规范和作业经验，进行倾斜航空摄影时，要注意以下几点：

飞机要动起来。切忌定点转动相机像拍摄全景图一样拍摄单独一组图像。一定要移动飞机拍摄多组图像；

图像重叠度要大。70%是基本，80%~85%左右最佳，90%以上的话太浪费图像了。足够的重叠度可以很好地保证同名像点在多张照片和多个视角上都能体现，防止在各视角影像上同时出现遮挡的情况；

拍摄模式。一般的拍摄模式有两种：1）环绕飞行；2）折线飞行。飞机需要按图示折线路线飞行覆盖目标区域，飞行轨迹需要比实际采集区域外扩些许。

左折线，右环线

七、像控点 
   
像控点是摄影测量控制加密和测图的基础，野外像控点目标选择的好坏和指示点位的准确程度，直接影响成果的精度。因此，野外工作需要重视像控点目标的选择和保证指示点位的准确。同时，还要加强检查工作，以确保后续作业正确无误。

想要达到预期的成相效果，像控点布设的好坏起着相当关键的作用。首先，每个架次至少需要选取五个相控点。若遇到地形起伏变化较大，数目植被复杂地区需加密像控点，若不加密或者分布不均匀覆盖飞行区域时，会导致翘曲、导致平差数据不能达到精度要求。



八、模型精度 
    
上述所有的计算都是依据指定的飞行高度来计算的，飞行高度如何确定呢？这就和模型精度挂钩了，需要什么样精度的模型，使用了什么相机决定了飞行的最合适高度。首先是照片分辨率的确定。拍的照片是多少分辨率的？还是小孔成像原理，传感器长边尺寸ccd，对应拍出的照片的长边像素数wx像素d/ccd = h/len，拍照分辨率（m/像素）=ccd/d*h/w公式：倾斜摄影模型精度=同工程正射分辨率的三倍倾斜摄影当中，经常会说我的模型是几厘米精度的，我飞的数据是5cm精度的模型，这个5cm是如何衡量的呢？

倾斜摄影的模型精度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。公式：倾斜摄影模型精度=同工程正射分辨率的三倍。

九、建模
     
倾斜摄影获取的高精度影像，能通过实景建模软件ContextCapture，生成DEM、三维正射影像图、三维地表模型、三维CAD模型以及各种GIS格式的精确地理参考三维模型等。

ContextCapture的高兼容性，能对各种对象各种数据源进行精确无缝重建，从厘米级到公里级，从地面或从空中拍摄。只要输入照片的分辨率和精度足够，生成的三维模型是可以实现无限精细的细节。