航拍建模素材-给你一台大疆无人机，你能用来做点啥？------倾斜摄影建模基础

原创：96作图 2023-07-07 06:58:55

如何使用OpenDroneMap对航拍图像快速建模

当你驾轻就熟地用无人机拍摄了某个地区的航拍图像后,除了分享到微信朋友圈里,还可以做些什么呢?或许 OpenDroneMap 能助你开启思路。

OpenDroneMap 是一个开源的航拍图像处理工具,可以把航拍图像进行点云、正射影像和高程模型等转换处理。

一般的无人机用的都是「傻瓜式」的相机,其实这跟你用手机或普通数码相机拍的没差,只是拍摄的角度不一样而已。它们拍出来的照片都是非量测影像(non-metric imagery),而 OpenDroneMap 则可以将这些非量测影像转换成三维地理建模数据,并应用在地理信息系统中。

具体而言,OpenDroneMap 可以将航拍图像处理为下面几种格式的数据:

点云(Point Clouds)

纹理数字表面建模(Textured Digital Surface Models)

正射校正影像(Orthorectified Imagery)

数字高程模型(Digital Elevation Models)

……

使用方法

OpenDroneMap 支持 Docker,这意味着你可以在不同的操作系统上运行 OpenDroneMap。下面以 Mac OS 为例,介绍 OpenDroneMap 的使用方法。

1、安装 Docker CE

到 Docker 官网找到并下载适用于你所使用的操作系统的 Docker CE 版本(Docker EE 是企业版,暂时用不上)。经过「傻瓜式」的安装后,可以在 Terminal 上输入 docker --version 检验 Docker 是否安装成功。

2、下载 OpenDroneMap 的镜像

确认 Docker 成功安装后,在 Terminal 上输入以下指令:

docker pull opendronemap/opendronemap

Docker 就会从 Docker Hub 中下载 OpenDroneMap 的镜像到本地中。为提高下载速度,建议提前使用 Proxifier 之类的工具(建议自行 Google)让 Terminal 走上代理道路。镜像下载完成后,在 Terminal 输入 docker images 指令,就能查看到刚才下载的 OpenDroneMap 的镜像了。

3、创建文件目录

在 Finder 上任意一目录新建一个名为 images 的文件夹,作为待处理图片的存放位置。我的习惯是以「项目名 / images」的方式来对目录进行命名,这样能更直观地管理文件。比如:

//odm_test_1/images

//odm_test_2/images

接下来,就需要把你需要进行处理的航拍影像拷贝到 images 文件夹中了,如果你暂时没有这些航拍图像的话,

我在网站上下载了「aukerman」素材的图像文件,这个范例素材似乎是对某个绿化公园连续拍摄的航拍图像,查看每个图像文件的 info(Command + I),都能找到它的经纬度信息。我们可以用 OpenDroneMap 对这些文件进行「正射影像(拼接)」和「纹理网面建模」的处理。

4、运行 OpenDroneMap

在航拍图像文件拷贝到 images 目录以后,打开 Terminal 并定位到项目文件夹(比如 odm_test_1)中,执行以下指令:

docker run -it --rm \

-v $(pwd)/images:/code/images \

-v $(pwd)/odm_orthophoto:/code/odm_orthophoto \

-v $(pwd)/odm_texturing:/code/odm_texturing \

opendronemap/opendronemap

指令的作用是:通过 OpenDronMap 对 odm_test_1/images 目录下的图像文件同时进行「正射影像(odm_orthophoto)」和「纹理网面建模(odm_texturing)」的图像处理(作为测试,为了节省时间,你可以只选取 odm_orthophoto 或 odm_texturing 其中一种处理方式):

指令解释:

docker run -it --rm

Docker 的运行指令。-it 指让 Docker 分配一个伪输入终端并以交互模式运行容器;--rm 是指在容器运行完之后自动清除以节省电脑存储空间。

-v $(pwd)/images:/code/images

-v 是用来将本地目录绑定到容器中的,在本例子中,是让 OpenDroneMap 知道待处理的照片在哪里;冒号前面,代表的是本地 images 路径,其中 (pwd) 代表当前 Teminal 定位目录的绝对路径,你可以更改为其他目录的绝对路径;冒号后面,是指容器的路径,这个是不能更改的。

-v $(pwd)/odm_orthophoto:/code/odm_orthophoto

这行指令,是指希望使用 OpenDroneMap 对图像文件进行怎么样的处理,你可以根据项目的需要,输入不同的处理指令,OpenDroneMap 提供了以下几种处理方式:

odm_meshing # 3D 网面建模

odm_texturing # 纹理网面建模

odm_georeferencing # 地理配准后的点云图

odm_orthophoto # 正射影像图

opendronemap/opendronemap

这是指明需要调用的镜像,这里是调用 Repository 为 opendronemap/opendronemap 的镜像,可以用该镜像的 tag(如果有设置的话)和镜像 ID 替代。

5、查看结果

指令执行后,就交给程序去处理了。运行时间可能会稍长,请耐心等候,一切顺利的话,Terminal 就会下面的提示:

然后在项目的文件夹中(比如 odm_test_1),就能在 odm_orthophoto 和 odm_texturing 目录中看到对应的输出结果了。

正射影像的输出结果的 png 预览图:

或许有朋友会说,最后还不是一张常见的无人机俯视航拍图,但其实 odm_orthophoto 的输出结果还有一个后缀为 tif 的 GeoTIFF 文件,这可以应用在 QGIS 上作为光栅图层,供地理信息分析之用(比如实现地图的修测更新)。

小结

上述教程中的 GIS 术语可能翻译得不够到位,如有不妥的地方望请指出。

整体来说,有 docker 这样的工具能很大程度上减少配置开发环境的时间,也简化了不少的操作步骤,不过需要注意的是 OpenDroneMap 的项目还是挺占用电脑空间的,所以在操作之前,最好能确保电脑有足够的剩余空间。

上面的例子采用的是范例素材的航拍图像,如果要实际应用到自己的项目中,则需要自己使用无人机,结合相关软件的航线规划和定时拍摄功能,对某一个地区进行连续拍摄,将拍摄的图像文件导入到「images」文件夹中,再按教程步骤执行就能实现数据处理了。

此外,Docker 也有 Windows 版本,把教程中 Terminal 的操作换成 Windows 系统的 Cmd,或许也能实现(没有尝试过,所以不敢打包票)。

航拍素材资源哪里可以免费下载？

航拍素材资源在中国V链是可以下载的,但是要看是什么类型的,这边大多数的素材都是付费的,不过价格非常便宜,质量也很高。想了解详细些不妨加速去知道了解下

给你一台大疆无人机，你能用来做点啥？------倾斜摄影建模基础

在做正射影像或者倾斜建模过程中会涉及到一些摄影测量和倾斜建模有关一些知识,顺便查了一些资料,然后觉得很有必要,就稍微系统罗列了一下,在最后还提供了几个建模航线为大家作为参考,希望对大家有帮助。

沿同一航线的相邻像片重叠部分的长度与像片边长之比。简而言之,就是同一条线路,照片与照片之间的重叠部分。

沿两条相邻航线所摄的相邻像片重叠部分的长度与像片长度之比。简而言之,就是线路与线路之间照片的重叠部分。

制作正射影像图,对于照片的重叠率是有一定的要求的,照片至少有60%的航向和旁向重叠率,这样能保证三张照片有重叠部分。这是对于相对于地形较为平坦的地区,当地形起伏较大时,在设置重叠率时还要提高,才能保证像片立体量测与拼接的需要

在航拍过程中,由于无人机稳定程度不如有人驾驶飞机,易受高空风力影响,会导致航线漂移,飞行的轨迹不再像传统的航空摄影沿直线飞行,会产生航线弯曲现象。所谓航线弯曲就是把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来,各张像片的主点连线不在一条直线上,而呈现为弯弯曲曲的折线

航线弯曲度:航线最大弯曲矢量与航线长度之比的百分数。要求航线弯曲度<3%

一张像片上相邻主点连线与同方向框标连线间的夹角。要求像片旋角<6°

敲黑板!敲黑板!敲黑板!

总结一下:

1.像片重叠率建议60%以上,地形起伏越大重叠率越高。

2.航线弯曲度<3%。

3.像片旋角<6°

另外自动建模软件建立三维模型对影像重叠度的要求高于一般的航摄制图任务,需要影像至少有70%的航向和旁向重叠度。

此种情况为常规的航摄飞行,可以按照要求的航高和重叠度直接设置航线,完成飞行。

直接按照要求设置重叠度,地面可以满足重叠度要求,但是随着楼层升高,楼顶的影像重叠度则会降低,楼顶重叠度不足会导致建成的三维模型有漏洞或者明显拉伸,成果质量较差。所以需要根据任务区最高的楼房高度重新计算重叠度,作为飞行航摄设置的重叠度

已知H为航摄飞行高度,h为楼房高度,α为像幅角。

相片对应实地的长(宽): S= 2 H tanα

W为飞行设定的重叠度:

则楼顶处的重叠度为:

所以,若要保证航摄区域内所有地物的重叠度达到,则设置的地面重叠度W为:

已知起飞点高度为h,α为像幅角,要求航摄飞行高度为H,地面重叠度为W,则场高需要设置为H-h。

则在高处起飞所需要设置的重叠度为:

已知起飞点低于任务区地面高度为 l ,α为像幅角,要求航摄飞行高度为H,地面重叠度为W,则场高需要设置为H+ l 。

则重叠度设置为:

实际问题分析:

假设任务要求航摄高度200米,地面重叠度为75%,起飞点低于任务区地面50米。

则由计算公式可知:

所以,在低于任务区地面的位置起飞需要将场高设置为250米,重叠度设置为80%,则可以满足航摄高度200米和地面重叠度为75%的要求。

空间分辨率:空间分辨率又称地面分辨率,前者是从图像的分解能力而言,亦称图像分辨率;后者是从前者对应的地面而言。简言之,空间分辨率是在遥感图像上能详细区分最小地物的尺寸。遥感图像地面分辨率,是指每个像元的大小在地面上对应的实际范围,即地表与一个像元大小相当的尺寸,以TM影像为例,影像中一个像元代表地面30米

影像分辨率=地图距离/像素

比例尺=地图距离/实际距离

地面分辨率=实际距离/像素

每英寸点数(DPI)=像素/地图距离

比例尺=1:(地面分辨率*(DPI/0.245))

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3cm/像素,那模型精度基本就是8-15cm。为什么不是9厘米精度呢?而是一个范围,原因在于地面无论如何会有起伏,加上受风等不可控制因素影响,没法保证照片的分辨率是固定的。

公式:倾斜摄影模型精度=同工程正射分辨率的三倍

其实很多人在看了上面的知识后,基本都会换算了。这里只是举例说明

以1:1000的比例尺,对应的地面分辨率是指地图上1cm对应地表1000cm,

1厘米=0.3937008英寸

按照大疆无人机拍的72dpi来算,一英寸包含72像素,那么1厘米包含0.3937008*72=28.3464576像素

得到对应关系为28.3464576对应地图上1000cm