内容发布更新时间 : 2024/5/6 16:05:20星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
河南城建学院本科毕业设计 第二章 基于倾斜摄影数据的三维测量技术
第二章基于倾斜摄影数据的三维测量技术
2.1倾斜摄影测量关键技术
2.1.1倾斜摄影测量的基本原理
通过传统摄影测量的飞机飞行方式，增加向前后左右四个方向的传感器镜头，同时拍摄一组正摄和四个倾斜等五个不同角度的相片，拍摄相片时，同时记录航高，航速，航向重叠，旁向重叠，坐标等参数，然后对倾斜影像进行分析和整理。在一个时段，飞机连续拍摄几组影像重叠的照片，同一地物最多能够在3 张相片上被找到，这样内业人员可以比较轻松地分析建筑物的结构，并且可以选择最为清晰的一张照片制作细部纹理。
2.1.2倾斜影像的特点
倾斜影像是通过具有一定倾角的倾斜航摄相机获取的，具有如下的特点：1可以获取多个视点和视角的影像，从而得到更为详尽的侧面信息；2具有较高的分辨率和较大的视场角；3同一地物具有多重分辨率的影像；4倾斜影像地物遮挡现象较突出。针对这些特点，倾斜摄影测量技术通常包括影像预处理、区域网联合平差、多视影像匹配、 DSM 生成、真正射纠正、三维建模等关键内容。
2.1.3倾斜影像测量的关键技术
1 多视影像联合平差 多视影像不仅包含垂直摄影数据，还包括倾斜摄影数据，而部分传统空中三角测量系统无法较好地处理倾斜摄影数据，因此，多视影像联合平差需充分考虑影像间的几何变形和遮挡关系。结合 POS 系统提供的多视影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，得到较好的同名点匹配结果。 同时，建立连接点和连接线、控制点坐标、GPU/IMU 辅助数据的多视影像自检校区域网平 差的误差方程，通过联合解算，确保平差结果的精度。
2 多视影像密集匹配 影像匹配是摄影测量的基本问题之一，多视影像具有覆盖
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范围大，分辨率高等特点。 因此，如何在匹配过程中充分考虑冗余信息，快速准确获取多视影像上的同名点坐标，进而获取地物的三维信息，是多视影像匹配的关键。由于单独使用一种匹配基元或匹配策略往往难以获取建模需要的同名点，因此近年来随着计算机视觉发展起来的多基元、多视影像匹配，逐渐成为人们研究的焦点。 目前，在该领域的研究已取得很大进展，例如建筑物侧面的自动识别与提取。通过搜索多视影像上的特征，如建筑物边缘、墙面边缘和纹理，来确定建筑物的二维矢量数据集，影像上不同视角的二维特征可以转化为三维特征，在确定墙面时，可以设置若干影响因子并给予一定的权值，将墙面分为不同的类，将建筑的各个墙面进行平面扫描和分割，获取建筑物的侧面结构，再通过对侧面进行重构，提取出建筑物屋顶的高度和轮廓。 3 数字表面模型生成和真正射影像纠正， 多视影像密集匹配能得到高精度高分辨率的数字表面模型DSM，充分表达地形地物起伏特征，已经成为新一代空间数据基础设施的重要内容。由于多角度倾斜影像之间的尺度差异较大，加上较严重的遮挡和阴影等问题，基于倾斜影像的 DSM 自动获取存在新的难点。可以首先根据自动空三解算出来的各影像外方位元素，分析与选择合适的影像匹配单元进行 特征匹配和逐像素级的密集匹配，并引入并行算法，提高计算效率。在获取高密度 DSM 数据后，进行滤波处理，并将不同匹配单元进行融合，形成统一的DSM。 多视影像真正射纠正涉及物方连续的数字高程模型DEM和大量离散分布粒度差异很大的地物对象，以及海量的像方多角度影像，具有典型的数据密集和计算密集特点。在有 DSM 的基础上，根据物方连续地形和离散地物对象的几何特征，通过轮廓提取、面片拟合、屋顶重建等方法提取物方语义信息；同时在多视影像上，通过影像分割、边缘提取、纹理聚类等方法获取像方语义信息， 再根据联合平差和密集匹配的结果建立物方和像方的同名点对应关系，继而建立全局优化采样策略和顾及几何辐射特性的联合纠正，同时进行整体匀光处理。
2.1.4倾斜摄影测量三维建模的目标及内容
倾斜摄影测量系统三维建模的主要目标是，基于多角度倾斜相机摄影数据获取系统飞行拍摄的影像，拍摄时同步记录的POS数据,该区域DSM数据,矢量图形数据等资料,进行必要的加工处理,建立基于机载多角度倾斜摄影影像的三维测量系统。其主要内容如下：
（1）利用POS进行倾斜摄影高精度空中三角测量利用航拍时同步记录的POS数据,研制开发高精度光束法区域网平差程序模块,计算每幅影像的内外方位元素及检校参数等,计算立体测图所需的定向点，连接点等。
（2） 影像数据及辅助数据管理与检索
针对倾斜摄影系统拍摄的大量影像及位置姿态数据等，建立数据管理与检索模
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块。为后续处理提供该类数据的访问接口。
（3）数据管理与检索
针对摄影区域内的大量DSM数据,建立数据管理与检索模块。为后续处理提供该类数据的访问接口。
（4）矢量数据管理与检索
针对摄影区域内的矢量图形数据建立必要的数据管理与检索模块。为后续处理提供该类数据的访问接口。
（5）影像与DSM融合
在上述处理模块的基础上研制开发倾斜摄影影像与DSM数据的融合方法，生成高密度彩色点云或三维彩色影像#实现点云彩色化或图像三维化。
（6）影像与矢量数据融合研制开发倾斜摄影影像与矢量图形数据的融合方法，实现影像与矢量图形数据的叠置整合。
（7）基于影像的三维测量与建模
在上述处理模块的基础上实现基于倾斜摄影影像的显示及交互三维量测。包括相对位置，高度，长度，距离和面积等，实现基于倾斜影像的三维建模功能。
（8）基于WEB的查询应用
在上述模块加工处理数据的基础上开发基于WEB的查询浏览软件实现基于互联网的影像三维测量功能。
2.2三维建模技术
在利用倾斜摄影影像数据，POS数据,DSM数据及矢量图形数据的基础上采用如下的技术路线:通过研制开发基于POS的倾斜摄影空中三角测量技术,进一步提高位置姿态的测量精度,得到每幅影像的方位数据;拟采用快速索引技术实现对多源空间数据的管理与检索,开发统一的数据访问接口;采用DSM数据作为多源数据配准的几何基准,利用空间同步原理实现影像数据与DSM数据及矢量图形数据的配准融合;研究基于影像信息支持的内插法进行影像三维化;拟根据摄影测量几何约束研究开发三维建模纹理自动(或半自动)映射方法。
系统的数据流与功能模块的关系分别用框图说明如下： （1）倾斜摄影像片定位定姿
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图2.1 DOP数据的定位定姿
经过定位定姿的DOP数据简称为LDOP。
经过定位定姿的DOP数据 （LDOP) 高精度位置姿态数据 光束法区域网平差 DOP 数据 POS数据 GCP数据
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（2）基于倾斜摄影影像的三维测量 （
DOP/矢量图形数据配准 LDOP 矢量图形数据 基于影像的三维测量 （位置 长度 高度 面积 视线等） 图2.2 基于倾斜摄影影像的三维测量
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