CN100395779C - 基于立体影像镶嵌的可量测无缝空间立体模型的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于数字立体正射影像镶嵌的可量测无缝空间立体模型的生成方法。该方法利用原始数字航空影像及其相应的定向参数和数字地面模型，在一个由多个立体模型构成的连续航空摄影区域范围内，生成一个无需复杂定向过程就方便使用的可量测无缝立体模型。本发明可以在目前已有的航空数字摄影测量系统的基础上，采用上述方案，很方便地即可生成一个经过几何纠正、没有上下视差、具有地理参考、无需复杂定向过程就可以方便使用和可以进行高精度立体量测的无缝立体模型。该立体模型可以突破摄影测量中立体像对的局限，它能够同时真实的再现摄影时的三维地形信息和详细的地物碎部信息，可以进行无缝的立体漫游和浏览，并且可以在立体模型上进行三维量测和信息采集。可以为测绘、地质、林业、电力、城市规划、公路和铁路设计等其它相关行业使用。

Description

基于立体影像镶嵌的可量测无缝空间立体模型的生成方法

技术领域

本发明属于测绘科学与技术领域，涉及一种基于数字立体正射影像镶嵌的可量测无缝空间立体模型的生成方法。该方法利用原始数字航空影像及其相应的定向参数和数字地面模型，在一个由多个立体模型构成的连续航空摄影区域范围内，生成一个无需复杂定向过程就可构建和使用的可量测无缝立体模型。

背景技术

摄影测量从诞生到目前已有几百年的发展历史，在几百年发展过程中，经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个发展阶段，基于像片对的立体模型是摄影测量的核心和基础，通过模拟、解析或数字的方法恢复立体模型，然后在模型上进行立体量测、采集地物、地貌信息是摄影测量的一个主要特征。但无论是模拟、解析还是数字的方式，所使用的立体模型都是基于立体像对的，立体模型的观测范围仅仅局限于立体像对的重叠范围，由于立体模型的建立要经过复杂的内定向、相对定向和绝对定向摄影测量处理过程，使得这个空间模型基本上是由摄影测量工作者建立和使用，是摄影测量工作者的一个专利。数字摄影测量经过近20年的发展，已经广泛地应用到各行各业，如：电力、铁路、公路选线和设计等。由于立体模型建立的复杂性、立体观察和量测范围的有限性，在一定程度上影响了摄影测量的作业效率和在其它行业的广泛地推广应用。

如果我们能够在由多个立体模型构成的一个连续的测航空摄影区域范围内，生成一个无需复杂定向过程就可方便使用并且具有高精度量测特性的立体模型，该模型能够再现摄影时地形表面的所有地形、地物细节，就可以使测绘工作者、地质学家、森林学家、规划学家、工程师和其它行业使用航空像片的人，在不需要摄影测量复杂知识背景的前提下，方便地使用该立体模型，采集他们想要的信息，在模型上进行规划和设计，同时，非专业人员也可以通过立体模型坐在家里浏览逼真的三维地形景观模型，可以大大增加航空摄影成果的利用价值和使用范围。

关于在一个连续航空摄影区域范围内构建可量测无缝立体模型的方法，在已经公开的发明专利“可量测无缝空间立体模型的生成方法”(中国专利申请号：02147752.3，公开号CN1412524)，提供了一种生成方法，该方法比较复杂。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种基于数字立体正射影像镶嵌的可量测无缝空间立体模型的生成方法。该方法可以与现有的数字摄影测量系统紧密结合，能够简单、方便的在一个由多个立体模型构成的连续航空摄影区域范围内，生成一个无需复杂定向过程就可方便使用的可量测无缝立体模型，利用该立体模型可以方便的进行高精度立体量测和信息采集。

本发明提供的技术方案是：一种基于数字立体正射影像镶嵌的可量测无缝空间立体模型的生成方法，包括以下步骤：

1.按照数字微分纠正的方法，将连续航空摄影区域范围内的每一张原始航空数字影像，制作数字正射影像；

2.按照航空像片在航向方向的邻接关系，对摄影区域内的航空像片构建像对立体模型，同一航带内相邻的两张航空像片构成一个立体像对，由构成像对立体模型的左、右原始航空像片生成的正射影像分别作为该像对的左、右正射影像，像对立体模型的左、右正射影像构成该像对的立体正射影像；

3.取每个像对立体模型的左右正射影像的重叠范围，作为该像对立体模型的立体范围，立体模型立体范围的边界线作为该立体模型的边线；

4.航空摄影区域内，在航向和旁向上相邻的像对立体模型立体范围的重叠区域包含相邻像对立体模型的公共范围，该范围是相邻像对立体正射影像的拼接区域；

5.在正射影像的拼接区域内任意选取相邻像对立体模型的分界线作为相邻像对立体模型的立体正射影像的接缝线，对每个像对立体模型，当该模型的周围都有邻接模型时，由分界线围成的区域构成该像对立体模型的有效镶嵌多边形，当该模型的周围只有部分邻接模型时，由邻接部分的分界线和没有邻接部分的边线围成的区域构成该像对立体模型的有效镶嵌多边形，将每个像对立体模型的有效镶嵌多边形范围内对应的左正射影像和右正射影像分别进行镶嵌，生成无缝镶嵌的左正射影像和右正射影像；

6.对左镶嵌的正射影像，根据数字地面模型引入人工视差，生成立体辅助影像，由立体辅助影像和右镶嵌的正射影像构成所需的可量测无缝空间立体模型；或者对右镶嵌的正射影像，根据数字地面模型引入人工视差，生成立体辅助影像，由立体辅助影像和左镶嵌的正射影像构成所需的可量测无缝空间立体模型。

在上述方法中，最好对照正射影像选取避开地物碎部的相邻像对立体模型的分界线。

本发明可以在目前已有的航空数字摄影测量系统的基础上，采用上述方案，很方便地即可生成一个经过几何纠正、没有上下视差、具有地理参考、无需复杂定向过程就可以方便使用和可以进行高精度立体量测的无缝立体模型。该立体模型可以突破摄影测量中立体像对的局限，它能够同时真实的再现摄影时的三维地形信息和详细的地物碎部信息，可以进行无缝的立体漫游和浏览，并且可以在立体模型上进行三维量测和信息采集。可以为测绘、地质、林业、电力、城市规划、公路和铁路设计等其它相关行业使用。本发明可以简单、方便的在一个由多个立体模型构成的连续航空摄影区域范围内，生成一个无需复杂定向过程就可方便使用的可量测无缝立体模型，利用该立体模型可以方便的进行高精度立体量测，经过理论分析和试验证明，在生成无缝立体模型的影像分辨率与原始影像分辨率相同的情况下，其立体量测的精度可以达到在原始立体像对模型上进行量测的精度。

附图说明

图1为本发明基于数字立体正射影像镶嵌的可量测无缝空间立体模型的流程图；

图2为立体模型的排列示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，参见图1，本发明基于数字立体正射影像镶嵌的可量测无缝空间立体模型的生成方法包括以下步骤：

1.按照数字微分纠正的方法，将航空摄影区域范围内的每一张原始的航空数字影像，利用数字地面模型和像片的方位元素制作数字正射影像，其制作的原理和流程参见数字摄影测量学(张祖勋、张剑清武汉大学出版社1997)；

2.如附图2所示，按照航空像片的在航向方向的邻接关系，对摄影区域内的航空像片构建像对立体模型，由构成像对立体模型的左、右原始航空像片生成的正射影像分别作为该像对的左、右正射影像，像对立体模型的左、右正射影像构成该像对的立体正射影像；

3.取每个像对立体模型的左右正射影像的重叠范围，作为该像对立体模型的立体范围1，也即是每个立体模型的立体正射影像的立体范围1，立体模型立体范围的边界线作为该立体模型的边线6；

4.将航空摄影区域内，在航向和旁向上相邻的像对立体模型立体范围的重叠区域2和3作为立体正射影像的拼接区域；

5.拼接区域2和3包含相邻像对立体模型的公共范围，在这个范围内任意选取相邻像对立体模型的分界线5作为相邻像对立体模型的立体正射影像的接缝线。为了保证地物碎部的无缝拼接，相邻像对立体模型的分界线5的选取，要对照正射影像，使分界线5避开明显的地物碎部。由分界线5(当该模型的周围都有邻接模型)或分界线5和边线6(邻接的部分用分界线5，没有邻接的部分用边线6)围成的区域构成每个像对立体模型的有效镶嵌多边形4；

6.将每个像对立体模型的有效镶嵌多边形4范围内对应的左正射影像和右正射影像分别进行镶嵌，生成无缝镶嵌的左正射影像和右正射影像；这时镶嵌的左右正射影像已经构成了一个无缝的立体模型，由于正射影像已经改正了地形起伏，因此地形表面是平的，但是，地物碎部是立体的。

7.对左镶嵌的正射影像，根据数字地面模型引入人工视差，生成立体辅助影像，由立体辅助影像和右镶嵌的正射影像构成所需的可量测无缝空间立体模型；或者对右镶嵌的正射影像，根据数字地面模型引入人工视差，生成立体辅助影像，由立体辅助影像和左镶嵌的正射影像构成所需的可量测无缝空间立体模型。生成数字立体辅助影像时引入视差可以采用如下的视差函数：

平行投影的公式为：

P_i＝tanα·Z_i(4)

对数投影的公式为

$P_i=B\·\ln \left(\frac{H}{H-Z_i}\right)---\left(5\right)$

非线性投影的公式为：(6)

$P_i=\frac{B{Z}_i}{H-Z_i}$

上面的公式中：

Pi为每个点的视差；

Zi为每个点的高程值，由DTM获得；

α为平行投影角度；

B为摄影基线；

H为摄影航高；

具体引入视差的计算可参见解析摄影测量学(李德仁、郑肇葆测绘出版社1992)。这样数字正射影像与立体辅助影像构成了可量测无缝立体模型，它包含了摄影区域范围内所有的立体模型，可以通过立体观察设备进行立体显示、浏览和量测。采用立体观察设备，即可观察到三维立体模型。通过三维立体测标测得每个点的视差后通过视差反算出该点的高程信息，同时，其平面位置可以由数字正射影像获得。也可以通过立体量测的像点反算到原始立体像对的像点坐标，再通过空间前方交会进行高精度的立体量测。

Claims (2)

1.基于立体影像镶嵌的可量测无缝空间立体模型的生成方法，包括以下步骤：

一、按照数字微分纠正的方法，将连续航空摄影区域范围内的每一张原始航空数字影像，制作数字正射影像；

二、按照航空像片在航向方向的邻接关系，对摄影区域内的航空像片构建像对立体模型，同一航带内相邻的两张航空像片构成一个立体像对，由构成像对立体模型的左、右原始航空像片生成的正射影像分别作为该像对的左、右正射影像，像对立体模型的左、右正射影像构成该像对的立体正射影像；

三、取每个像对立体模型的左、右正射影像的重叠范围，作为该像对立体模型的立体范围，立体模型立体范围的边界线作为该立体模型的边线；

四、航空摄影区域内，在航向和旁向上相邻的像对立体模型立体范围的重叠区域包含相邻像对立体模型的公共范围，该范围是相邻像对立体正射影像的拼接区域；

五、在正射影像的拼接区域内任意选取相邻像对立体模型的分界线作为相邻像对立体模型的立体正射影像的接缝线，对每个像对立体模型，当该模型的周围都有邻接模型时，由分界线围成的区域构成该像对立体模型的有效镶嵌多边形，当该模型的周围只有部分邻接模型时，由邻接部分的分界线和没有邻接部分的边线围成的区域构成该像对立体模型的有效镶嵌多边形，将每个像对立体模型的有效镶嵌多边形范围内对应的左正射影像和右正射影像分别进行镶嵌，生成无缝镶嵌的左正射影像和右正射影像；

六、对左镶嵌的正射影像，根据数字地面模型引入人工视差，生成立体辅助影像，由立体辅助影像和右镶嵌的正射影像构成所需的可量测无缝空间立体模型；或者对右镶嵌的正射影像，根据数字地面模型引入人工视差，生成立体辅助影像，由立体辅助影像和左镶嵌的正射影像构成所需的可量测无缝空间立体模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：对照正射影像选取避开地物碎部的相邻像对立体模型的分界线。

Images