專利名稱：一種基于數(shù)字正射影像和立體輔助影像的無(wú)縫立體模型的高精度量測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于數(shù)字正射影像和立體輔助影像的無(wú)縫立體模型的高精度量測(cè)方法，該方法可以免除在數(shù)字正射影像的制作過(guò)程中由于數(shù)字地面模型的粗差而對(duì)立體量測(cè)精度的影響，在數(shù)字正射影像的分辨率與原始航空像片的分辨率一致的情況下，其量測(cè)精度可以達(dá)到原始立體像對(duì)模型的立體量測(cè)精度。
背景技術(shù)：
可量測(cè)無(wú)縫立體模型是攝影測(cè)量領(lǐng)域關(guān)于空間立體模型的一個(gè)新的表現(xiàn)形式。它是基于數(shù)字正射影像和引入視差的立體輔助影像構(gòu)建的。它將一個(gè)連續(xù)攝區(qū)范圍內(nèi)的多個(gè)像對(duì)立體模型無(wú)縫地拼接成一個(gè)連續(xù)無(wú)縫的可量測(cè)無(wú)縫立體模型，該模型是一個(gè)經(jīng)過(guò)幾何糾正的、沒(méi)有上下視差、具有地理參考、方便構(gòu)建和使用的立體模型，它能夠再現(xiàn)攝影時(shí)地形表面的所有地形、地物細(xì)節(jié)，可以使測(cè)繪工作者、地質(zhì)學(xué)家、森林學(xué)家、規(guī)劃學(xué)家、工程師和其它行業(yè)使用航空像片的人，在不需要攝影測(cè)量復(fù)雜知識(shí)背景的前提下，方便使用立體模型，采集和量測(cè)他們想要的信息，在模型上進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，同時(shí)，非專業(yè)人員也可以通過(guò)立體模型坐在家里瀏覽逼真的三維地形景觀模型，可以大大增加航空攝影成果的利用價(jià)值和使用范圍。
在已經(jīng)公開的發(fā)明專利可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型的生成方法(專利申請(qǐng)?zhí)?2147752.3)中，介紹了一種立體量測(cè)方法，它是采用同名像點(diǎn)在正射影像上的地面坐標(biāo)作為其平面坐標(biāo)，然后通過(guò)引入的視差函數(shù)，將量測(cè)的同名點(diǎn)視差反算出同名像點(diǎn)高程進(jìn)行立體量測(cè)的，該方法雖然有一定抗數(shù)字地面模型粗差干擾的能力，但是，其計(jì)算過(guò)程不夠嚴(yán)密，其量測(cè)的精度達(dá)不到在原始立體像對(duì)上進(jìn)行量測(cè)的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是提供一種基于數(shù)字正射影像和立體輔助影像的無(wú)縫立體模型的高精度量測(cè)方法，該方法量測(cè)精度不受生成無(wú)縫立體模型的數(shù)字地面模型的粗差的影響；在構(gòu)成可量測(cè)無(wú)縫立體模型的數(shù)字正射影像和立體輔助影像的分辨率與原始航空像片的分辨率一致的情況下，其量測(cè)精度可以達(dá)到原始立體像對(duì)模型的立體量測(cè)精度。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種基于數(shù)字正射影像和立體輔助影像的無(wú)縫立體模型的高精度量測(cè)方法，包括以下步驟1.在基于數(shù)字正射影像和立體輔助影像的可量測(cè)無(wú)縫立體模型上量測(cè)同名點(diǎn)坐標(biāo)，同名點(diǎn)坐標(biāo)是一個(gè)在數(shù)字正射影像上的像點(diǎn)和立體輔助影像上的像點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)對(duì)；2.對(duì)于正射影像上的像點(diǎn)坐標(biāo)可直接變換成地面平面坐標(biāo)，然后通過(guò)制作數(shù)字正射影像時(shí)的數(shù)字地面模型內(nèi)插，獲得該點(diǎn)的三維坐標(biāo)；對(duì)于立體輔助影像上的像點(diǎn)坐標(biāo)，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換變換成地面平面坐標(biāo)。然后根據(jù)生成無(wú)縫立體模型的引入視差的投影函數(shù)和數(shù)字地面模型來(lái)反算其引入視差前的正射影像的平面坐標(biāo)，最后根據(jù)生成數(shù)字正射影像時(shí)的數(shù)字地面模型內(nèi)插，獲得該點(diǎn)的三維坐標(biāo)；3.根據(jù)同名像點(diǎn)中正射影像上的像點(diǎn)的地面平面坐標(biāo)，通過(guò)制作可量測(cè)無(wú)縫立體模型時(shí)每個(gè)像對(duì)立體模型的有效鑲嵌多邊形，確定該同名像點(diǎn)屬于哪個(gè)原始立體像片對(duì)，根據(jù)同名點(diǎn)對(duì)的地面三維坐標(biāo)及制作可量測(cè)無(wú)縫立體模型時(shí)使用航空像片的內(nèi)、外方位元素，將同名點(diǎn)的地面坐標(biāo)反算到原始像片對(duì)的像片坐標(biāo)；4.根據(jù)第三步獲得的同名點(diǎn)在原始像片對(duì)的像片坐標(biāo)，使用制作可量測(cè)無(wú)縫立體模型時(shí)使用航空像片的內(nèi)、外方位元素，通過(guò)空間前方交會(huì)解算同名點(diǎn)的精確地面坐標(biāo)。
由于整個(gè)的制作和量測(cè)解算過(guò)程都是嚴(yán)密的數(shù)值計(jì)算，同時(shí)可量測(cè)無(wú)縫立體模型的制作和量測(cè)是一個(gè)互逆的計(jì)算過(guò)程，因此，只要在可量測(cè)無(wú)縫立體模型的制作和量測(cè)過(guò)程都使用同一個(gè)數(shù)字地面模型和同一套像片的方位元素，并且每張像片的方位元素具有足夠的精度，在數(shù)字正射影像的分辨率與原始航片的分辨率近似相同情況下，即使在數(shù)字地面模型含有粗差的情況下，粗差在制作和量測(cè)過(guò)程中可以相互抵消，因此，可以獲得與在原始像片構(gòu)成的立體模型上量測(cè)的相同精度。這一點(diǎn)在理論和實(shí)驗(yàn)中都得到了證實(shí)。由于像片的內(nèi)外方位元素一般經(jīng)過(guò)空三加密而獲得，具有足夠高的精度(至少可以滿足測(cè)圖和應(yīng)用的精度要求，否則是沒(méi)有使用價(jià)值的)，而數(shù)字地面模型的生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜，很容易產(chǎn)生粗差，而最終在無(wú)縫立體模型上的量測(cè)結(jié)果不受數(shù)字地面模型粗差的影響，這是非常有意義的，同時(shí)，立體模型的范圍是在整個(gè)區(qū)域內(nèi)無(wú)縫的，不需復(fù)雜的定向過(guò)程即可使用，它對(duì)提高攝影測(cè)量的工作效率和在其它行業(yè)的廣泛推廣具有重要的價(jià)值，這也是本發(fā)明的重大意義。


圖1是可量測(cè)無(wú)縫立體模型的高精度量測(cè)流程圖；圖2為立體模型的排列示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1、圖2，本發(fā)明提供一種基于數(shù)字正射影像和立體輔助影像的無(wú)縫立體模型的高精度量測(cè)方法的步驟如下1.基于數(shù)字正射影像和立體輔助影像的無(wú)縫立體模型的生成方法如下a)按照數(shù)字微分糾正的方法，將航空攝影區(qū)域范圍內(nèi)的每一張?jiān)嫉暮娇諗?shù)字影像，利用數(shù)字地面模型和像片的方位元素制作數(shù)字正射影像，其制作的原理和流程參見數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)(張祖勛、張劍清武漢大學(xué)出版社1997)；b)按照航空像片的在航向方向的鄰接關(guān)系，對(duì)攝影區(qū)域內(nèi)的航空像片構(gòu)建像對(duì)立體模型，由構(gòu)成像對(duì)立體模型的左、右原始航空像片生成的正射影像分別作為該像對(duì)的左、右正射影像，像對(duì)立體模型的左、右正射影像構(gòu)成該像對(duì)的立體正射影像，其排列的結(jié)果如附圖2所示；c)取每個(gè)像對(duì)立體模型的左右正射影像的重疊范圍，作為該像對(duì)立體模型的立體范圍1，也即是每個(gè)立體模型的立體正射影像的立體范圍1，立體模型立體范圍的邊界線作為該立體模型的邊線6；d)將航空攝影區(qū)域內(nèi)，在航向和旁向上相鄰的像對(duì)立體模型立體范圍的重疊區(qū)域2和3作為立體正射影像的拼接區(qū)域；e)拼接區(qū)域2和3包含相鄰像對(duì)立體模型的公共范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)任意選取相鄰像對(duì)立體模型的分界線5作為相鄰像對(duì)立體模型的立體正射影像的接縫線，相鄰像對(duì)立體模型的分界線5的選取，要對(duì)照正射影像，使分界線5避開明顯的地物碎步。由分界線5(當(dāng)該模型的周圍都有鄰接模型)或分界線5和邊線6(鄰接的部分用分界線5，沒(méi)有鄰接的部分用邊線6)圍成的區(qū)域構(gòu)成每個(gè)像對(duì)立體模型的有效鑲嵌多邊形4；f)將每個(gè)像對(duì)立體模型的有效鑲嵌多邊形4范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的左正射影像和右正射影像分別進(jìn)行鑲嵌，生成無(wú)縫鑲嵌的左正射影像和右正射影像；這時(shí)鑲嵌的左右正射影像已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)無(wú)縫的立體模型，由于正射影像已經(jīng)改正了地形起伏，因此地形表面是平的，但是，地物碎部是立體的。
g)對(duì)左鑲嵌的正射影像，根據(jù)數(shù)字地面模型引入人工視差，生成立體輔助影像，由立體輔助影像和右鑲嵌的正射影像構(gòu)成所需的可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型；或者對(duì)右鑲嵌的正射影像，根據(jù)數(shù)字地面模型引入人工視差，生成立體輔助影像，由立體輔助影像和左鑲嵌的正射影像構(gòu)成所需的可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型。生成數(shù)字立體輔助影像時(shí)引入視差可以采用如下的視差函數(shù)平行投影的公式為Pi＝tanα·Zi(1)對(duì)數(shù)投影的公式為Pi=B·ln(HH-Zi)----(2)]]>非線性投影的公式為Pi=BZiH-Zi----(3)]]>上面的公式中Pi為每個(gè)點(diǎn)的視差；Zi為每個(gè)點(diǎn)的高程值，由數(shù)字地面模型獲得；α為平行投影角度；B為攝影基線；H為攝影航高；具體的投影計(jì)算可參見解析攝影測(cè)量學(xué)(李德仁、鄭肇葆測(cè)繪出版社1992)。這樣數(shù)字正射影像與立體輔助影像構(gòu)成了可量測(cè)無(wú)縫立體模型。
2.通過(guò)人工立體量測(cè)或自動(dòng)相關(guān)的方式，在立體模型上獲取同名點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)，同名點(diǎn)坐標(biāo)(I，J)和(Is，Js)分別對(duì)應(yīng)其在正射影像和立體輔助影像上的影像坐標(biāo)(影像坐標(biāo)以圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn))。
3.由于構(gòu)成立體模型的數(shù)字正射影像和立體輔助影像都是有地理參考的，假定數(shù)字正射影像的左下角地面坐標(biāo)為(X0，Y0)，立體輔助影像的左下角點(diǎn)坐標(biāo)為(Xs，Ys)，正射影像和立體輔助影像的地面分辨率都為DetX和DetY，則可以計(jì)算同名像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)于正射影像有X＝X0+I*DetX(4)Y＝Y(jié)0+J*DetY對(duì)于立體輔助影像有Xs＝Xs+Is*DetX(5)Ys＝Y(jié)s+Js*DetY4.對(duì)于立體輔助影像上的地面點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)生成無(wú)縫立體模型的投影函數(shù)和數(shù)字地面模型來(lái)反算其引入視差前的正射影像的平面坐標(biāo)(X’，Y’)。
5.對(duì)該同名像點(diǎn)的地面平面坐標(biāo)(X，Y)和(X’，Y’)，通過(guò)數(shù)字地面模型利用雙線性內(nèi)插分別獲得同名像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面三維坐標(biāo)(X，Y，Z)和(X’，Y’，Z’)6.根據(jù)像點(diǎn)在正射影像上的地面坐標(biāo)(X，Y)，利用每個(gè)立體像對(duì)的有效鑲嵌多邊形判斷該點(diǎn)是在哪個(gè)立體像對(duì)的范圍內(nèi)，這樣，即可以獲得該同名像點(diǎn)在原始立體像對(duì)的左片和右片及其相應(yīng)的像片方位元素。
7.利用該同名像點(diǎn)所在像對(duì)的左右像片的方位元素和該同名像點(diǎn)的地面點(diǎn)坐標(biāo)(X，Y，Z)和(X’，Y’，Z’)，通過(guò)共線方程分別解算同名點(diǎn)在原始立體像對(duì)中左、右像片的像點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)和(x’，y’)，共線方程的具體公式參見解析攝影測(cè)量學(xué)(李德仁、鄭肇葆編著測(cè)繪出版社1992)；8.這樣根據(jù)同名點(diǎn)在原始立體像對(duì)的左、右像片上的像點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)和(x’，y’)及像片的方位元素，利用攝影測(cè)量中的前方交會(huì)公式計(jì)算地面點(diǎn)的精確坐標(biāo)(XP，YP，ZP)，前方交會(huì)的具體解算過(guò)程參見解析攝影測(cè)量學(xué)(李德仁、鄭肇葆編著測(cè)繪出版社1992)。
按上述方法，在制作可量測(cè)無(wú)縫立體模型和高精度立體量測(cè)過(guò)程是一個(gè)互逆的計(jì)算過(guò)程，使用同一套數(shù)字地面模型和像片方位元素，可以免除數(shù)字地面模型粗差對(duì)量測(cè)精度的影響。
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字正射影像和立體輔助影像的無(wú)縫立體模型的高精度量測(cè)方法，包括以下步驟一、在基于數(shù)字正射影像和立體輔助影像的可量測(cè)無(wú)縫立體模型上量測(cè)同名點(diǎn)坐標(biāo)，同名點(diǎn)坐標(biāo)是一個(gè)在數(shù)字正射影像上的像點(diǎn)和立體輔助影像上的像點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)對(duì)；二、對(duì)于正射影像上的像點(diǎn)坐標(biāo)可直接變換成地面平面坐標(biāo)，然后通過(guò)制作數(shù)字正射影像時(shí)的數(shù)字地面模型內(nèi)插，獲得該點(diǎn)的三維坐標(biāo)；對(duì)于立體輔助影像上的像點(diǎn)坐標(biāo)，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換變換成地面平面坐標(biāo)；然后根據(jù)生成無(wú)縫立體模型的引入視差的投影函數(shù)和數(shù)字地面模型來(lái)反算其引入視差前的正射影像的平面坐標(biāo)，最后根據(jù)生成數(shù)字正射影像時(shí)的數(shù)字地面模型內(nèi)插，獲得該點(diǎn)的三維坐標(biāo)；三、根據(jù)同名像點(diǎn)中正射影像上的像點(diǎn)的地面平面坐標(biāo)，通過(guò)制作可量測(cè)無(wú)縫立體模型時(shí)每個(gè)像對(duì)立體模型的有效鑲嵌多邊形，確定該同名像點(diǎn)屬于哪個(gè)原始立體像片對(duì)，根據(jù)同名點(diǎn)對(duì)的地面三維坐標(biāo)及制作可量測(cè)無(wú)縫立體模型時(shí)使用航空像片的內(nèi)、外方位元素，將同名點(diǎn)的地面坐標(biāo)反算到原始像片對(duì)的像片坐標(biāo)；四、根據(jù)第三步獲得的同名點(diǎn)在原始像片對(duì)的像片坐標(biāo)，使用制作可量測(cè)無(wú)縫立體模型時(shí)使用航空像片的內(nèi)、外方位元素，通過(guò)空間前方交會(huì)解算同名點(diǎn)的精確地面坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在制作可量測(cè)無(wú)縫立體模型和高精度立體量測(cè)過(guò)程中使用同一套數(shù)字地面模型和像片方位元素。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字正射影像和立體輔助影像生成無(wú)縫立體模型的高精度立體量測(cè)方法，該方法將在無(wú)縫立體模型上量測(cè)的同名像點(diǎn)，反算到該像點(diǎn)所在的原始立體像對(duì)，然后，通過(guò)空間前方交會(huì)精確計(jì)算地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其計(jì)算的精度不受立體模型制作過(guò)程中數(shù)字地面模型粗差的影響，在構(gòu)成可量測(cè)無(wú)縫立體模型的數(shù)字正射影像和立體輔助影像的分辨率與原始航空像片的分辨率一致的情況下，其量測(cè)精度可以達(dá)到原始立體像對(duì)模型的立體量測(cè)精度。可以為測(cè)繪、地質(zhì)、林業(yè)、電力、城市規(guī)劃、公路和鐵路設(shè)計(jì)及其它相關(guān)行業(yè)在可量測(cè)無(wú)縫立體模型上進(jìn)行三維量測(cè)和信息采集使用。
文檔編號(hào)G06T17/05GK1529127SQ200310111230
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者王密, 李德仁, 龔健雅, 密 王 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)