倾斜摄影测量三维重建原理

  三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型,是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础,也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。在计算机视觉中, 三维重建是指根据单视图或者多视图的图像重建三维信息的过程。倾斜摄影测量是利用多视图的三维重建，其基本原理是类似人的双目定位。其方法是先对计算出摄像机的图象坐标系与世界坐标系的关系，然后利用多个二维图象中的信息重建出三维信息。简单的说摄影是将三维的物理世界转变为二维影像，而三维重建就是由二维的影像生产出实景三维虚拟世界的一种技术。 

在现实生活中因为人的双目视觉才能让我们对所看到的的物体进行距离及位置信息的判断，我们人眼实际上看到的世界是一个三维立体世界。所以倾斜摄影测量中，利用相机在同一基线上拍摄多张具有一定重叠率的二维照片，然后通过三维重建算法即可还原真是的三维世界。三维重建的主要步骤如下：
（1）图像获取：通过无人机倾斜摄影测量获取地面大量的具有一定重叠率的二维图像。
（2）空中三角测量：利用无人机所拍摄到的图像来还原空间中的物体。在这里以图4所示的立体相对，S1和S2为两种像片的摄影中心，T为相机传感器，如果已知S1和S2的坐标则可以利用共线方程可以得到地面点的位置信息。
（3）特征提取：特征包括特征点、特征线和特征区域。大多数情况下都是以特征点为匹配基元，特征点以何种形式提取与用何种匹配策略紧密联系。通过二维图像提取大量的特征点，提取算法包括：基于方向导数的方法，基于图像亮度对比关系的方法，基于数学形态学的方法三种。
（4）立体匹配及网平差：立体匹配是指根据所提取的特征来建立图像对之间的一种对应关系，也就是将同一物理空间点在两幅不同图像中的成像点进行一一对应起来。特征点匹配完成后，通过网平差来调整特征点的位置，减小匹配误差。
（5）密集点云及三角网生成：有了比较精确的匹配结果，结合二维图像的的内外参数，通过图像提取大量密集点云数据，相邻点之间连接构成稠密三角网。
（6）三维模型重建：三角网构建完成后，通过三角网即可生产出三维模型，再通过纹理映射即可恢复出真实的三维场景信息。

图、立体成像示意图