傾斜攝影技術是國際攝影測量領域近十幾年發展起來的一項高新技術，該技術通過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視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進的定位、融合、建模等技術，生成真實的高精度三維模型。該技術已經廣泛應用于應急指揮、國土安全、城市管理、房產稅收等行業。
傾斜三維模型質量是一個系統的工程，要想獲得比較理想的三維模型效果，傳感器、航線設計、像控點布測、數據獲取、數據處理等各個環節均應嚴格把控質量，這里結合飛馬機器人公司的D-OP300傾斜航攝系統，簡單的介紹一些傾斜航攝儀的一些小知識，以幫助大家更好的理解我公司的產品，更好的了解傾斜航攝技術。

一、數碼相機相對位置

傾斜航攝儀集成一個下視相機和多個傾斜相機，中央一個垂直對地觀測，獲取垂直影像，與該相機4個正交方位分別以一定的傾角放置一個相機。由于傾斜航攝儀拍攝模式的特殊性，相機間的相對關系對于地物覆蓋范圍、傾斜影像分辨率變化范圍、相鄰曝光點影像重疊度、集成系統空間尺寸乃至后續數據處理算法都會產生影響，因此確定相機間排布模式是首要解決的問題之一。針對多種排布可能，通過對地物覆蓋范圍、傾斜影像分辨率等因素進行計算與仿真，確定較優的排布模式為下視影像長邊跨航線、前視、后視影像長邊跨航線、左視、右視影像短邊跨航線。5相機觀測視野如圖1所示。

相機傾角指傾斜放置相機主光軸與垂直放置相機主光軸在它們所確定的平面內所形成的夾角。根據經驗及模擬測試，當傾角在40°~50°之間時，所獲得的影像更接近人眼對立面紋理信息的真實視覺體驗，此范圍角度一般為攝影測量大傾角范圍，D-OP300傾斜航攝系統綜合各方面的因素選擇的傾角為45°。

二、傾斜航攝相機的選擇

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

如何搭配下視相機與傾斜相機的焦距，是影像獲取的另一個關鍵因素。目前，無人機通常可選用的相機焦距在20~50 mm之間。焦距較長的相機，視場角小，可以獲取更多的影像紋理；焦距較短的相機，視場角大，影像變形也越厲害。選擇組合相機焦距時，需要整體考慮下視相機焦距和側視相機焦距的組合選擇。一般情況下，選擇下視相機的GSD應與側視相機的GSDmid相當

式中，α為傾角。當傾角設置為45°時，一般情況下側視相機的焦距宜為下視相機焦距的1.4倍。因此，傾斜攝影時一般選用側視相機的焦距比下視相機的焦距要長。

D-OP300傾斜航攝系統的側視相機的焦距宜為下視相機焦距的1.4倍（下視相機焦距25mm，側視相機的焦距35mm）。

三、定制鏡頭

傾斜航攝相機的鏡頭選擇的時候，一般考慮重量、大小、焦距、成像質量、畸變大小等幾個方面，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行改裝，然后進行固定，鏡頭屬于精密儀器，改裝過程中必然會存在改裝誤差、人為操作誤差，很難保證鏡頭的成像質量，同時一般原裝鏡頭的可選性相對比較少，缺少一些理想焦距的鏡頭。

近年來隨著技術的發展，我國一些國產的鏡頭廠商投入了大量的人力物力，潛心研究制作，生產出了比較理想的國產鏡頭，可以很好的滿足傾斜航攝對鏡頭的各種苛刻的要求。但是，不可否認，這種國產鏡頭在工藝流程上是難以與原裝鏡頭媲美的，所以難免存在個體差異，這就需要集成商在選擇國產鏡頭進行裝備的時候，嚴格把控鏡頭質量。

我公司D-OP300傾斜航攝系統的五個相機均采用的是定制型的國產鏡頭，在鏡頭交貨驗收的時候，我們IQC人員按照嚴格的質量標準對每一顆鏡頭進行系列的驗收檢查、鏡頭調焦、固定、檢校入庫流程，確保每一顆入庫鏡頭均達到理想狀態，決不允許一顆質量不達標的鏡頭流入客戶手里。

四、相機安裝傾角、視場角與分辨率的關系

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之一，也是直接決定后續三維建模質量的關鍵因素。傾斜影像自動空三時，為了保證量測點的精度，應盡量保證不同影像的分辨率一致，從而側視影像需要裁掉遠端和近端分辨率差異過大的部分，但同時為了保證影像的重疊度，航線設計時需要顧及側視影像的分辨率。因此需對垂直與傾斜視角的影像分辨率進行組合分析。根據垂直影像GSD計算公式：

結合傾斜相機主光軸旋轉角度，由圖2可以得出傾斜影像中心點、近地點與遠地點的大致分辨率。設傾斜影像中心點、近點和遠點分辨率分別為GSDmid、GSDtop、GSDbotton，計算公式如下：

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

以D-OP300傾斜航攝系統的索尼A6000相機為例，當傾角為45°，視場角為50°，βy=25°，f下視=25 mm，f側視=35 mm時，按照下視相機進行設計，當GSD=0.02 m時，H=128m。則側視相機的分辨率概算為

GSDtop=0.0154

GSDmid=0.0202

GSDbotton=0.0294

由此可見，除飛行高度、焦距、像素大小之外，傾角也是影響傾斜影像GSD的一個重要因素。傾角越小，其遠點的分辨率越高，近點、遠點GSD差異也就越小，GSD指標的控制也是影響傾角設計的一個關鍵因素。通常，獲取的傾斜影像與垂直影像中心點地面分辨率應相當，傾斜影像的最小分辨率不宜超過垂直影像分辨率的3倍。

五、存儲

傾斜航空攝影測量的數據量一般都是比較大的，按照索尼A6000相機計算，3cm地面分辨率，80%*65%的重疊度獲取傾斜數據，一個架次旋翼無人機飛行30分鐘，可以獲取到約1000×5=5000張影像，單張影像大小約10M，那么一個架次的數據量約49G。如此大的數據量傳輸需要一定的時間。同時由于傾斜航攝對天氣的要求較高，相鄰架次之間的間隔越小越好，所以對于數據傳輸來說，盡量避免出現以下兩種情況：

（1）所有數據存儲在一張卡上，存儲卡內置于五相機里面，需要連接電腦下載；

（2）每個相機分別存儲，但是存儲卡內置于五相機里面，需要連接電腦下載；

最好是方案就是將五相機從數據傳輸中解放出來，每一個五相機配備兩套存儲卡，每個相機分別存儲，一個架次完成后迅速將存儲卡取出，插入另一套存儲卡，切換下一個架次，在下一架次數據獲取的過程中完成上一個架次數據的備份存儲工作。

六、快門

快門是相機上控制感光片有效曝光時間的一種裝置，目前的數碼相機快門包括了電子快門、機械快門和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設計，后者見于單反、DC以及類似Leica M系列這樣的高端可換鏡頭旁軸相機。焦平面快門按照運動方式，可以分為橫走式和縱走式，按照材料區分可以分為布簾、鋼簾、鈦簾等

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

快門一般是裝在機身上的獨立部件，便于裝配和維修，機械部分有一定壽命，特別是傾斜攝影需要高速頻繁的快門動作，多數相機廠商官方并未對快門的壽命有統一的輸出，參考我們大量客戶的實際曝光情況，快門的使用壽命（曝光次數）一般集中在10-18萬次左右。目前市面上無人機傾斜攝影相機為減輕重量，多數采用改裝相機，飛馬系列產品均采用獨立相機改裝，便于在客戶快門壽命到期后，為客戶提供快門更換服務。