專利名稱：基于數(shù)字立體正射影像鑲嵌的可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型的生成方法
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)字立體正射影像鑲嵌的可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型的生成方法。該方法利用原始數(shù)字航空影像及其相應(yīng)的定向參數(shù)和數(shù)字地面模型，在一個(gè)由多個(gè)立體模型構(gòu)成的連續(xù)航空攝影區(qū)域范圍內(nèi)，生成一個(gè)無(wú)需復(fù)雜定向過(guò)程就可構(gòu)建和使用的可量測(cè)無(wú)縫立體模型。
背景技術(shù)：
攝影測(cè)量從誕生到目前已有幾百年的發(fā)展歷史，在幾百年發(fā)展過(guò)程中，經(jīng)歷了模擬攝影測(cè)量、解析攝影測(cè)量和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量三個(gè)發(fā)展階段，基于像片對(duì)的立體模型是攝影測(cè)量的核心和基礎(chǔ)，通過(guò)模擬、解析或數(shù)字的方法恢復(fù)立體模型，然后在模型上進(jìn)行立體量測(cè)、采集地物、地貌信息是攝影測(cè)量的一個(gè)主要特征。但無(wú)論是模擬、解析還是數(shù)字的方式，所使用的立體模型都是基于立體像對(duì)的，立體模型的觀測(cè)范圍僅僅局限于立體像對(duì)的重疊范圍，由于立體模型的建立要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的內(nèi)定向、相對(duì)定向和絕對(duì)定向攝影測(cè)量處理過(guò)程，使得這個(gè)空間模型基本上是由攝影測(cè)量工作者建立和使用，是攝影測(cè)量工作者的一個(gè)專利。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，如電力、鐵路、公路選線和設(shè)計(jì)等。由于立體模型建立的復(fù)雜性、立體觀察和量測(cè)范圍的有限性，在一定程度上影響了攝影測(cè)量的作業(yè)效率和在其它行業(yè)的廣泛地推廣應(yīng)用。
如果我們能夠在由多個(gè)立體模型構(gòu)成的一個(gè)連續(xù)的測(cè)航空攝影區(qū)域范圍內(nèi)，生成一個(gè)無(wú)需復(fù)雜定向過(guò)程就可方便使用并且具有高精度量測(cè)特性的立體模型，該模型能夠再現(xiàn)攝影時(shí)地形表面的所有地形、地物細(xì)節(jié)，就可以使測(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，方便地使用該立體模型，采集他們想要的信息，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。
關(guān)于在一個(gè)連續(xù)航空攝影區(qū)域范圍內(nèi)構(gòu)建可量測(cè)無(wú)縫立體模型的方法，在已經(jīng)公開(kāi)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)，提供了一種生成方法，該方法比較復(fù)雜。

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)字立體正射影像鑲嵌的可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型的生成方法。該方法可以與現(xiàn)有的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)緊密結(jié)合，能夠簡(jiǎn)單、方便的在一個(gè)由多個(gè)立體模型構(gòu)成的連續(xù)航空攝影區(qū)域范圍內(nèi)，生成一個(gè)無(wú)需復(fù)雜定向過(guò)程就可方便使用的可量測(cè)無(wú)縫立體模型，利用該立體模型可以方便的進(jìn)行高精度立體量測(cè)和信息采集。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種基于數(shù)字立體正射影像鑲嵌的可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型的生成方法，包括以下步驟1.按照數(shù)字微分糾正的方法，將連續(xù)航空攝影區(qū)域范圍內(nèi)的每一張?jiān)己娇諗?shù)字影像，制作數(shù)字正射影像；
2.按照航空像片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，同一航帶內(nèi)相鄰的兩張航空像片構(gòu)成一個(gè)立體像對(duì)，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；3.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，立體模型立體范圍的邊界線作為該立體模型的邊線；4.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)域包含相鄰像對(duì)立體模型的公共范圍，該范圍是相鄰像對(duì)立體正射影像的拼接區(qū)域；5.在正射影像的拼接區(qū)域內(nèi)任意選取相鄰像對(duì)立體模型的分界線作為相鄰像對(duì)立體模型的立體正射影像的接縫線，由分界線或分界線和邊線圍成的區(qū)域構(gòu)成每個(gè)像對(duì)立體模型的有效鑲嵌多邊形，將每個(gè)像對(duì)立體模型的有效鑲嵌多邊形范圍內(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；6.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。
在上述方法中，最好對(duì)照正射影像選取避開(kāi)地物碎步的相鄰像對(duì)立體模型的邊界線。
本發(fā)明可以在目前已有的航空數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用上述方案，很方便地即可生成一個(gè)經(jīng)過(guò)幾何糾正、沒(méi)有上下視差、具有地理參考、無(wú)需復(fù)雜定向過(guò)程就可以方便使用和可以進(jìn)行高精度立體量測(cè)的無(wú)縫立體模型。該立體模型可以突破攝影測(cè)量中立體像對(duì)的局限，它能夠同時(shí)真實(shí)的再現(xiàn)攝影時(shí)的三維地形信息和詳細(xì)的地物碎步信息，可以進(jìn)行無(wú)縫的立體漫游和瀏覽，并且可以在立體模型上進(jìn)行三維量測(cè)和信息采集?？梢詾闇y(cè)繪、地質(zhì)、林業(yè)、電力、城市規(guī)劃、公路和鐵路設(shè)計(jì)等其它相關(guān)行業(yè)使用。本發(fā)明可以簡(jiǎn)單、方便的在一個(gè)由多個(gè)立體模型構(gòu)成的連續(xù)航空攝影區(qū)域范圍內(nèi)，生成一個(gè)無(wú)需復(fù)雜定向過(guò)程就可方便使用的可量測(cè)無(wú)縫立體模型，利用該立體模型可以方便的進(jìn)行高精度立體量測(cè)，經(jīng)過(guò)理論分析和試驗(yàn)證明，在生成無(wú)縫立體模型的影像分辨率與原始影像分辨率相同的情況下，其立體量測(cè)的精度可以達(dá)到在原始立體像對(duì)模型上進(jìn)行量測(cè)的精度。


圖1為本發(fā)明基于數(shù)字立體正射影像鑲嵌的可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型的流程圖；圖2為立體模型的排列示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，參見(jiàn)圖1，本發(fā)明基于數(shù)字立體正射影像鑲嵌的可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型的生成方法包括以下步驟1.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(jiàn)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)；2.如附圖2所示，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；3.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；4.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；5.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。為了保證地物碎步的無(wú)縫拼接，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(kāi)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；6.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。
7.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(4)對(duì)數(shù)投影的公式為Pi=B·ln(HH-Zi)---(5)]]>非線性投影的公式為Pi=BZiH-Zi---(6)]]>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DTM獲得；α為平行投影角度；B為攝影基線；H為攝影航高；具體引入視差的計(jì)算可參見(jiàn)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，它包含了攝影區(qū)域范圍內(nèi)所有的立體模型，可以通過(guò)立體觀察設(shè)備進(jìn)行立體顯示、瀏覽和量測(cè)。采用立體觀察設(shè)備，即可觀察到三維立體模型。通過(guò)三維立體測(cè)標(biāo)測(cè)得每個(gè)點(diǎn)的視差后通過(guò)視差反算出該點(diǎn)的高程信息，同時(shí)，其平面位置可以由數(shù)字正射影像獲得。也可以通過(guò)立體量測(cè)的像點(diǎn)反算到原始立體像對(duì)的像點(diǎn)坐標(biāo)，再通過(guò)空間前方交會(huì)進(jìn)行高精度的立體量測(cè)。
權(quán)利要求
1.基于數(shù)字立體正射影像鑲嵌的可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型的生成方法，包括以下步驟一、按照數(shù)字微分糾正的方法，將連續(xù)航空攝影區(qū)域范圍內(nèi)的每一張?jiān)己娇諗?shù)字影像，制作數(shù)字正射影像；二、按照航空像片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，同一航帶內(nèi)相鄰的兩張航空像片構(gòu)成一個(gè)立體像對(duì)，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；三、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，立體模型立體范圍的邊界線作為該立體模型的邊線；四、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)域包含相鄰像對(duì)立體模型的公共范圍，該范圍是相鄰像對(duì)立體正射影像的拼接區(qū)域；五、在正射影像的拼接區(qū)域內(nèi)任意選取相鄰像對(duì)立體模型的分界線作為相鄰像對(duì)立體模型的立體正射影像的接縫線，由分界線或分界線和邊線圍成的區(qū)域構(gòu)成每個(gè)像對(duì)立體模型的有效鑲嵌多邊形，將每個(gè)像對(duì)立體模型的有效鑲嵌多邊形范圍內(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；六、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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是對(duì)照正射影像選取避開(kāi)地物碎步的相鄰像對(duì)立體模型的邊界線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字立體正射影像鑲嵌的可量測(cè)無(wú)縫空間立體模型的生成方法。該方法利用原始數(shù)字航空影像及其相應(yīng)的定向參數(shù)和數(shù)字地面模型，在一個(gè)由多個(gè)立體模型構(gòu)成的連續(xù)航空攝影區(qū)域范圍內(nèi)，生成一個(gè)無(wú)需復(fù)雜定向過(guò)程就方便使用的可量測(cè)無(wú)縫立體模型。本發(fā)明可以在目前已有的航空數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用上述方案，很方便地即可生成一個(gè)經(jīng)過(guò)幾何糾正、沒(méi)有上下視差、具有地理參考、無(wú)需復(fù)雜定向過(guò)程就可以方便使用和可以進(jìn)行高精度立體量測(cè)的無(wú)縫立體模型。該立體模型可以突破攝影測(cè)量中立體像對(duì)的局限，它能夠同時(shí)真實(shí)的再現(xiàn)攝影時(shí)的三維地形信息和詳細(xì)的地物碎步信息，可以進(jìn)行無(wú)縫的立體漫游和瀏覽，并且可以在立體模型上進(jìn)行三維量測(cè)和信息采集?？梢詾闇y(cè)繪、地質(zhì)、林業(yè)、電力、城市規(guī)劃、公路和鐵路設(shè)計(jì)等其它相關(guān)行業(yè)使用。
文檔編號(hào)G01C11/00GK1529126SQ20031011123
公開(kāi)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, 王 密 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)