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設備與工具在上一篇文章傾斜攝影建模 照片可以少到多少？里我們提到，傾斜攝影三維建模的關鍵任務是，尋找一種方案對測區(qū)內(nèi)的所有點進行6次可靠觀測，可靠觀測的要求是：1、被觀測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、相機盡可能與被觀測物體垂直以保證分辨率均勻分布。本篇文章基于此結論推導單鏡頭交叉環(huán)繞飛行技術中的以下幾個核心參數(shù)設置：
1、 相機應如何擺放；
2、 鏡頭焦段的選擇；
3、 一圈要拍攝多少照片；
4、 交叉環(huán)繞圈的重疊比例設置；
5、 測區(qū)建筑物的極限高度與航高的比例關系；
我們先用2張圖對一些概念做定義：
照片朝上邊緣能成像的邊界為視場上界，下緣能成像的邊界為視場下界；
兩個環(huán)繞圈的中心點之間的距離為“推進距”；
推進距/圓直徑=推進比；
為避免晦澀的公式推導，本文使用作圖法來進行推導，先用三維建模軟件把相機的成像錐體建模出來，旋轉一周得到一個皇冠形狀。
從上圖我們可以看到，橫置相機時投影梯形瘦長，視場上下界范圍更大，但寬度較窄，豎直放置梯形矮胖，視場上下界較窄，但寬度較大。當我們對測區(qū)每個點進行6次可靠觀測時，假設垂直物體的+-45度為可接受的觀測區(qū)間，則每張照片之間的覆蓋角度差為15度。這個區(qū)域相機無論橫置還是豎直都可完整覆蓋，因此一圈可以設置為同樣拍照數(shù)。但在對地覆蓋的圓面積上，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。
對皇冠在豎直方向進行解剖會得到下面圖示的形狀。在對地面a點進行觀測時，我們更希望從1號機位而不是從2號機位獲取影像，因為這樣影像分辨率會更高，拍攝角度也更垂直。所以總體上我們會希望鏡頭的下界盡可能寬一點。為了獲得更高的樓體立面紋理，我們也希望視場上界更高一點。因此從對地覆蓋范圍、分辨率、影像拍照垂直度方面綜合考慮可以確定橫置相機是比豎置相機更好的方案。一圈拍照數(shù)設置為全副焦距長，即選擇35mm鏡頭時，一圈拍攝35張照片，選用56mm鏡頭時，一圈拍攝56張照片，這是經(jīng)飛圖Flytouav長時間實際飛行驗證總結的經(jīng)驗值。
除了改變相機的安裝方向，我們也可以通過改變鏡頭焦距來改變視場角，下圖分別是同一全幅相機使用短焦35mm與長焦56mm橫置相機時的視場對比。當35mm鏡頭從100m高度拍攝時，56mm在相同分辨率下對應的拍攝高度是160m。圖中35mm有更大的視場角（灰色區(qū)域），視場上界物體距離相機323m，下界105米，兩者分辨率比值為3.0倍，這意味著35mm廣角鏡頭需要面對影像分辨率分布嚴重不平均的問題。而56mm長焦鏡頭遠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的視場上界高于35mm，在面對高層建筑物時有更大的優(yōu)勢。
再考慮到固定翼交叉環(huán)繞飛行時需要在相機的傾斜同方向進行滾轉機動，過往實驗中使用太廣的鏡頭將會有概率拍到飛機的機翼或者旋翼動力組件，短的焦距還對應較低的航高、較小的盤旋半徑和較大的盤旋傾角，這些都會增加飛行風險。因此無論是從飛行作業(yè)還是成果質(zhì)量的要求都應盡量選用長焦鏡頭。當然使用長焦鏡頭時由于視場較窄，小幅度的姿態(tài)不穩(wěn)都將造成重疊率的大幅變化，因此對相機姿態(tài)及飛機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，應至少搭載2軸增穩(wěn)云臺，3軸增穩(wěn)云臺應是標準配置。
當交叉環(huán)繞一圈一圈推進時，皇冠上方的盲區(qū)高度會隨著推進比例發(fā)生變化（如下圖），當以50%推進比飛行時，盲區(qū)的最低點在飛機盤旋圈的中心點，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像場覆蓋范圍內(nèi)。當我們縮小推進比到25%時，盲區(qū)最低點在兩個相鄰錐體的相交處，可以明顯看到盲區(qū)的高度被提升了，測區(qū)最高層建筑已能被相機像場完整覆蓋。因此在實際工程項目中，如果測區(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)繞三維建模設備的核心參數(shù)表，方便各位讀者在實際工程項目中備查：
1、大疆精靈4/RTK ：1英寸 2000萬像素， 24mm不可更換鏡頭
2、大疆P1：全畫幅4500萬像素，24mm、35mm、50mm鏡頭
3、飛圖61MP三軸增穩(wěn)測量相機：全畫幅6100萬像素，35mm、40mm、50mm、56mm鏡頭
我們最后總結一下單鏡頭交叉環(huán)繞飛行的核心參數(shù)設置：
1、請將相機橫置；并在飛行器足夠穩(wěn)定的前提下，選更長焦段的鏡頭；將一圈的拍照數(shù)量設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)繞圈重疊率請設置在25%~50%之間，在大部分場合50%是最優(yōu)選擇，請查表設計分辨率下的測區(qū)允許的最大建筑物高度以及對應的推進比設置。
3、如果您不想記憶這些數(shù)據(jù)，請關注飛圖公眾號，我們將持續(xù)更新交叉環(huán)繞三維建模的技術細節(jié)和案例，飛圖地面站軟件也提供完善的重疊率覆蓋仿真，請登陸www.flytouav.com下載。
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