傾斜攝影三維建模的關(guān)鍵任務(wù)是，尋找一種方案對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的所有點(diǎn)進(jìn)行6次可靠觀測(cè)，可靠觀測(cè)的要求是：1、被觀測(cè)物體成像盡可能靠近鏡頭中心以避免鏡頭邊緣畸變、像差慧差等誤差累積；2、相機(jī)盡可能與被觀測(cè)物體垂直以保證分辨率均勻分布。本篇文章基于此結(jié)論推導(dǎo)單鏡頭交叉環(huán)繞飛行技術(shù)中的以下幾個(gè)核心參數(shù)設(shè)置：

1、 相機(jī)應(yīng)如何擺放；

2、 鏡頭焦段的選擇；

3、 一圈要拍攝多少照片；

4、 交叉環(huán)繞圈的重疊比例設(shè)置；

5、 測(cè)區(qū)建筑物的極限高度與航高的比例關(guān)系；

我們先用2張圖對(duì)一些概念做定義：

• 照片朝上邊緣能成像的邊界為視場(chǎng)上界，下緣能成像的邊界為視場(chǎng)下界；
• 兩個(gè)環(huán)繞圈的中心點(diǎn)之間的距離為“推進(jìn)距”；
• 推進(jìn)距/圓直徑=推進(jìn)比；

為避免晦澀的公式推導(dǎo)，本文使用作圖法來(lái)進(jìn)行推導(dǎo)，先用三維建模軟件把相機(jī)的成像錐體建模出來(lái)，旋轉(zhuǎn)一周得到一個(gè)皇冠形狀。

從上圖我們可以看到，橫置相機(jī)時(shí)投影梯形瘦長(zhǎng)，視場(chǎng)上下界范圍更大，但寬度較窄，豎直放置梯形矮胖，視場(chǎng)上下界較窄，但寬度較大。當(dāng)我們對(duì)測(cè)區(qū)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行6次可靠觀測(cè)時(shí)，假設(shè)垂直物體的+-45度為可接受的觀測(cè)區(qū)間，則每張照片之間的覆蓋角度差為15度。這個(gè)區(qū)域相機(jī)無(wú)論橫置還是豎直都可完整覆蓋，因此一圈可以設(shè)置為同樣拍照數(shù)。但在對(duì)地覆蓋的圓面積上，橫置方案則明顯大于豎置方案，這有利于使用更低的重疊率覆蓋相同的區(qū)域，減少航程和照片數(shù)量。

對(duì)皇冠在豎直方向進(jìn)行解剖會(huì)得到下面圖示的形狀。在對(duì)地面a點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，我們更希望從1號(hào)機(jī)位而不是從2號(hào)機(jī)位獲取影像，因?yàn)檫@樣影像分辨率會(huì)更高，拍攝角度也更垂直。所以總體上我們會(huì)希望鏡頭的下界盡可能寬一點(diǎn)。為了獲得更高的樓體立面紋理，我們也希望視場(chǎng)上界更高一點(diǎn)。因此從對(duì)地覆蓋范圍、分辨率、影像拍照垂直度方面綜合考慮可以確定橫置相機(jī)是比豎置相機(jī)更好的方案。一圈拍照數(shù)設(shè)置為全副焦距長(zhǎng)，即選擇35mm鏡頭時(shí)，一圈拍攝35張照片，選用56mm鏡頭時(shí)，一圈拍攝56張照片，這是經(jīng)飛圖Flytouav長(zhǎng)時(shí)間實(shí)際飛行驗(yàn)證總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)值。

除了改變相機(jī)的安裝方向，我們也可以通過改變鏡頭焦距來(lái)改變視場(chǎng)角，下圖分別是同一全幅相機(jī)使用短焦35mm與長(zhǎng)焦56mm橫置相機(jī)時(shí)的視場(chǎng)對(duì)比。當(dāng)35mm鏡頭從100m高度拍攝時(shí)，56mm在相同分辨率下對(duì)應(yīng)的拍攝高度是160m。圖中35mm有更大的視場(chǎng)角（灰色區(qū)域），視場(chǎng)上界物體距離相機(jī)323m，下界105米，兩者分辨率比值為3.0倍，這意味著35mm廣角鏡頭需要面對(duì)影像分辨率分布嚴(yán)重不平均的問題。而56mm長(zhǎng)焦鏡頭遠(yuǎn)近兩端的分辨率比為1.9倍，上界/中心=1.5倍，下界/中心=0.8倍，影像分辨率的分布平均度要好得多。另外56mm的視場(chǎng)上界高于35mm，在面對(duì)高層建筑物時(shí)有更大的優(yōu)勢(shì)。

再考慮到固定翼交叉環(huán)繞飛行時(shí)需要在相機(jī)的傾斜同方向進(jìn)行滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)，過往實(shí)驗(yàn)中使用太廣的鏡頭將會(huì)有概率拍到飛機(jī)的機(jī)翼或者旋翼動(dòng)力組件，短的焦距還對(duì)應(yīng)較低的航高、較小的盤旋半徑和較大的盤旋傾角，這些都會(huì)增加飛行風(fēng)險(xiǎn)。因此無(wú)論是從飛行作業(yè)還是成果質(zhì)量的要求都應(yīng)盡量選用長(zhǎng)焦鏡頭。當(dāng)然使用長(zhǎng)焦鏡頭時(shí)由于視場(chǎng)較窄，小幅度的姿態(tài)不穩(wěn)都將造成重疊率的大幅變化，因此對(duì)相機(jī)姿態(tài)及飛機(jī)壓線精度有非常高的要求，在使用單鏡頭交叉環(huán)繞三維建模時(shí)，應(yīng)至少搭載2軸增穩(wěn)云臺(tái)，3軸增穩(wěn)云臺(tái)應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)配置。

當(dāng)交叉環(huán)繞一圈一圈推進(jìn)時(shí)，皇冠上方的盲區(qū)高度會(huì)隨著推進(jìn)比例發(fā)生變化（如下圖），當(dāng)以50%推進(jìn)比飛行時(shí)，盲區(qū)的最低點(diǎn)在飛機(jī)盤旋圈的中心點(diǎn)，我們可以明顯的看到圖示的最高層建筑物不在灰色的相機(jī)像場(chǎng)覆蓋范圍內(nèi)。當(dāng)我們縮小推進(jìn)比到25%時(shí)，盲區(qū)最低點(diǎn)在兩個(gè)相鄰錐體的相交處，可以明顯看到盲區(qū)的高度被提升了，測(cè)區(qū)最高層建筑已能被相機(jī)像場(chǎng)完整覆蓋。因此在實(shí)際工程項(xiàng)目中，如果測(cè)區(qū)有比較多的高層建筑物，又要保證分辨率平均度，在高層建筑區(qū)域加密環(huán)繞重疊率也是一種可靠的方案。

我們通過作圖法整理了一份常見分辨率下交叉環(huán)繞三維建模設(shè)備的核心參數(shù)表，方便各位讀者在實(shí)際工程項(xiàng)目中備查：

1、大疆精靈4/RTK ：1英寸 2000萬(wàn)像素， 24mm不可更換鏡頭

2、大疆P1：全畫幅4500萬(wàn)像素，24mm、35mm、50mm鏡頭

3、飛圖61MP三軸增穩(wěn)測(cè)量相機(jī)：全畫幅6100萬(wàn)像素，35mm、40mm、50mm、56mm鏡頭

我們最后總結(jié)一下單鏡頭交叉環(huán)繞飛行的核心參數(shù)設(shè)置：

1、請(qǐng)將相機(jī)橫置；并在飛行器足夠穩(wěn)定的前提下，選更長(zhǎng)焦段的鏡頭；將一圈的拍照數(shù)量設(shè)置為與鏡頭焦距一樣的數(shù)值，比如40mm鏡頭一圈拍40張。

2、環(huán)繞圈重疊率請(qǐng)?jiān)O(shè)置在25%~50%之間，在大部分場(chǎng)合50%是最優(yōu)選擇，請(qǐng)查表設(shè)計(jì)分辨率下的測(cè)區(qū)允許的最大建筑物高度以及對(duì)應(yīng)的推進(jìn)比設(shè)置。