CN102589529B - 扫描近景摄影测量方法 - Google Patents

扫描近景摄影测量方法 Download PDF

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CN102589529B CN201210031303.0A CN201210031303A CN102589529B CN 102589529 B CN102589529 B CN 102589529B CN 201210031303 A CN201210031303 A CN 201210031303A CN 102589529 B CN102589529 B CN 102589529B
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Abstract

一种扫描近景摄影测量方法，采用普通非量测数码相机置于扫描摄影云台上，进行扫描摄影：根据被摄目标的距离、摄影机物镜的焦距，将被摄目标的场景分为不同的“块”，设置相应的基本站，基本站的个数等于物体被分的“块”数加一；为减少被摄物体的影像变形给自动化影像匹配带来的困难，在基本站之间增加附加站；在每个摄影站上通过水平旋转和垂直旋转相机对目标物体块进行扫描摄影。本发明增加了各摄站的摄影视场角，所获取的影像数据不仅同时满足测量精度和匹配自动化的要求，并且能够利用经典的空中三角测量理论实现对摄影区域所有影像数据的“整体”处理，摄影距离由几十米到一千多米，均能获得高精度的量测结果，可满足大型场景目标的测量。

Description

扫描近景摄影测量方法
技术领域
本发明涉及摄影测量与遥感领域，尤其是数字近景摄影测量及其在工程测量中的应用，一种扫描近景摄影测量方法。
背景技术
摄影测量的量测精度取决于两个基本参数：
①如图1所示，摄影测量的平面精度，取决于地面元(GSD－Ground Sample Distance)的大小                                                
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，GSD愈小、平面量测精度愈高。但是GSD取决于像元
Figure 647196DEST_PATH_IMAGE002
大小、摄影距离
Figure 2012100313030100002DEST_PATH_IMAGE003
及摄影焦距
Figure 348829DEST_PATH_IMAGE004
：
其中，像元
Figure 780947DEST_PATH_IMAGE002
大小，对于一台数码相机，是固定的参数；
Figure 671543DEST_PATH_IMAGE001
与摄影距离
Figure 281647DEST_PATH_IMAGE003
成正比，
Figure 890483DEST_PATH_IMAGE003
愈大、GSD愈大，测量误差愈大，而摄影距离
Figure 126292DEST_PATH_IMAGE003
取决于摄影测量的对象，常受到场景的限制（一般是无法改变
Figure 448558DEST_PATH_IMAGE003
值）。因而，一般采用更换不同焦距的物镜的方法来提高地面分辨率（即减小GSD的值）。由上式可知，
Figure 354197DEST_PATH_IMAGE001
与摄影焦距
Figure 764843DEST_PATH_IMAGE004
成反比，愈大，GSD愈小，影像分辨率愈高，测量误差愈小，测量精度愈高。
②如图2所示，摄影测量的深度量测精度，与摄影的交会角有关：
其中，
Figure 2012100313030100002DEST_PATH_IMAGE007
是平面量测误差，
Figure 355859DEST_PATH_IMAGE008
是深度量测精度，
Figure 2012100313030100002DEST_PATH_IMAGE009
为交会精度，
Figure 1604DEST_PATH_IMAGE010
为基线长度。
为了使不同摄影距离的摄影对象均能达到高精度测量结果，对于远距离物体，可更换长焦距物镜，提高影像分辨率，减小GSD，但是，同时也减小了视场角。如，像元大小为6.4微米，像幅5616个像元，当焦距为80毫米时，视场角＝
Figure 2012100313030100002DEST_PATH_IMAGE011
。
目前，多数近景摄影测量采用的是“平行摄影测量”，其交会角只能达到
Figure 562904DEST_PATH_IMAGE012
，远不能达到摄影测量交会角的要求；若采用“交会摄影测量”，虽能满足摄影测量交会角的要求，但是对于大场景物体的摄影测量，无法组织摄影数据。
现有技术中，很多近景摄影测量系统采用多基线交向摄影的方法来解决交会角大不易于自动匹配和交会角小交会精度低二者之间的矛盾，但这种方法存在较多局限性，难以实现工程应用：一次多基线交向摄影所能拍摄的物体范围有限，如果采用多次交向摄影，很难将被摄物体作为一个“整体”进行摄影测量处理，并且需要采集大量的外业控制点以保证区域间的拼接精度，增加了外业工作量，限制了数据处理的效率。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提供一种扫描近景摄影测量方法，该方法利用普通非量测数码相机拍摄影像，并且所获取的影像数据能够利用经典的空中三角测量理论实现对摄影区域所有影像数据的“整体”处理，自动化程度高，保证测量精度。
本发明的技术方案为一种扫描近景摄影测量方法，包括以下步骤：
步骤1，利用测量工具，获取被摄目标场景的宽度和摄影距离
Figure 610494DEST_PATH_IMAGE003
的概略值；
步骤2，根据非量测数码相机、被摄目标的摄影距离
Figure 920253DEST_PATH_IMAGE003
和所需要达到的测量精度要求，确定所需相机镜头的焦距值
Figure 804026DEST_PATH_IMAGE014
；
步骤3，设置扫描影像的水平方向重叠度、垂直方向重叠度
Figure 919750DEST_PATH_IMAGE016
、相邻基本站间的交会角
Figure DEST_PATH_IMAGE017
和相邻附加站间的交会角
Figure 74044DEST_PATH_IMAGE018
；
步骤4，确定基本站的个数
Figure DEST_PATH_IMAGE019
和相邻基本站间的基线长度
Figure 617021DEST_PATH_IMAGE020
；
步骤5，确定相邻基本站间附加站的个数
Figure DEST_PATH_IMAGE021
和相邻附加站间的基线长度
Figure 722511DEST_PATH_IMAGE022
；
步骤6，确定各摄站的实地布设位置，所述摄站包括基本站和附加站；设置方式为，对被摄目标划分
Figure 579609DEST_PATH_IMAGE019
-1个场景块，于被摄目标的摄影距离
Figure 273895DEST_PATH_IMAGE003
处，在每个场景块的左端设置一个基本站，并在每个场景块设置
Figure 987774DEST_PATH_IMAGE021
个附加站，在最右边场景块的右端设置一个基本站；
步骤7，在各摄站上按行和列进行扫描摄影，根据所得扫描摄影数据得到测量结果。
而且，步骤3中，扫描影像的水平方向重叠度
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，垂直方向重叠度
Figure 33090DEST_PATH_IMAGE024
，相邻基本站间的交会角
Figure 739884DEST_PATH_IMAGE017
设置为，相邻附加站间的交会角
Figure 350994DEST_PATH_IMAGE018
设置为
Figure 439035DEST_PATH_IMAGE026
。
而且，步骤4中，确定基本站的个数
Figure 706069DEST_PATH_IMAGE019
和相邻基本站间的基线长度
Figure 718018DEST_PATH_IMAGE020
的方法如下：
1)根据场景宽度
Figure 183634DEST_PATH_IMAGE013
及摄影距离
Figure 442577DEST_PATH_IMAGE003
、设置的相邻基本站间的交会角
Figure 523140DEST_PATH_IMAGE017
，按照以下公式计算基本站个数
Figure 260152DEST_PATH_IMAGE019
和两个相邻基本站间距离的预估值，
其中，int表示取整数；
2)根据基本站个数
Figure 275698DEST_PATH_IMAGE019
，按照以下公式重新计算出两个相邻基本站间距离，即相邻基本站间的基线长度
Figure 251744DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 605496DEST_PATH_IMAGE030
。
而且，步骤5中，确定相邻基本站间附加站的个数
Figure DEST_PATH_IMAGE031
和相邻附加站间的基线长度
Figure 311284DEST_PATH_IMAGE022
的方法如下：
Figure 646451DEST_PATH_IMAGE032
Figure DEST_PATH_IMAGE033
。
而且，步骤7中，在各附加站上按行和列进行扫描摄影时，附加站的摄影范围为该附加站所在的场景块，附加站的摄影方式如下：
在附加站上，通过在水平方向和垂直方向上旋转相机的方式，对该附加站所在的场景块进行扫描摄影，在水平方向上旋转相机拍摄同一行的
Figure 686957DEST_PATH_IMAGE034
张影像，在垂直方向上旋转相机拍摄同一列的
Figure DEST_PATH_IMAGE035
张影像，获取该场景块的矩阵影像数据；
拍摄同一行相邻两张影像时，在水平方向所旋转的角度相同，记为相邻列所需旋转的水平方向角度
Figure 828088DEST_PATH_IMAGE036
；拍摄同一列相邻两张影像时，在垂直方向所旋转的角度相同，记为相邻行所需旋转的垂直方向角度
Figure DEST_PATH_IMAGE037
。
而且，步骤7中，在各基本站上按行和列进行扫描摄影时， 
如果基本站是首基本站或末基本站，基本站的摄影范围和摄影方式与所在场景块的附加站一致，否则，基本站的摄影范围是与该基本站相邻的两个场景块，摄影方式与这两个场景块设置的附加站相同；
所述首基本站是在最左边场景块的左端设置的基本站；
所述末基本站是在最右边场景块的右端设置的基本站。
而且，设对被摄目标划分的
Figure 139115DEST_PATH_IMAGE019
-1个场景块记为场景块1、场景块2…场景块
Figure 645182DEST_PATH_IMAGE019
-1，基本站记为基本站1、基本站2…基本站
Figure 861400DEST_PATH_IMAGE019
，在第i个场景块设置的附加站记为附加站i1、附加站i2…附加站i
Figure 806222DEST_PATH_IMAGE031
，i的取值为1,2…
Figure 158706DEST_PATH_IMAGE019
-1；
    （1）对基本站i，根据相机在水平方向所需旋转的角度
Figure 415769DEST_PATH_IMAGE038
和垂直方向所需旋转的角度及步骤3设置的水平方向重叠度
Figure 853703DEST_PATH_IMAGE015
和垂直方向重叠度
Figure 336637DEST_PATH_IMAGE016
，确定拍摄的影像矩阵的行数
Figure 809207DEST_PATH_IMAGE035
、列数
Figure 470127DEST_PATH_IMAGE034
及相邻行所需旋转的垂直方向角度
Figure 395357DEST_PATH_IMAGE037
、相邻列所需旋转的水平方向角度
Figure 681982DEST_PATH_IMAGE036
，具体计算方法如下：
拍摄的影像矩阵的行数
Figure 9058DEST_PATH_IMAGE035
、列数
Figure 604993DEST_PATH_IMAGE034
计算方法如下： 
Figure 17520DEST_PATH_IMAGE040
                    
式中
Figure 842257DEST_PATH_IMAGE038
为相机在水平方向所需旋转的角度，
Figure 836889DEST_PATH_IMAGE039
为相机在垂直方向所需旋转的角度，
Figure 292141DEST_PATH_IMAGE034
为影像矩阵的列数，
Figure 254281DEST_PATH_IMAGE035
为影像矩阵的行数，
Figure 134905DEST_PATH_IMAGE015
为水平方向重叠度，为垂直方向重叠度，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为相机的水平方向视场角，为相机的垂直方向视场角, 
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为相机的像幅宽，
Figure 433534DEST_PATH_IMAGE044
为相机的像幅高，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
为相机的像像元大小，
Figure 600074DEST_PATH_IMAGE004
为相机的焦距,
Figure 756248DEST_PATH_IMAGE046
表示向上取整；
计算出
Figure 366352DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 975188DEST_PATH_IMAGE035
后，相邻行所需旋转的垂直方向角度
Figure 210998DEST_PATH_IMAGE037
、相邻列所需旋转的水平方向角度
Figure 221679DEST_PATH_IMAGE036
计算方法如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
按照以上计算出的垂直方向角度
Figure 504149DEST_PATH_IMAGE037
和水平方向角度
Figure 662598DEST_PATH_IMAGE036
进行扫描摄影，获得该摄站上的矩阵影像数据；
（2）对附加站i1、附加站i2…附加站i
Figure 108623DEST_PATH_IMAGE031
，
拍摄的影像矩阵的行数
Figure 52439DEST_PATH_IMAGE035
、列数计算方法如下：
当i=1时，附加站i1、i2…i拍摄的影像矩阵的行数
Figure 86757DEST_PATH_IMAGE035
、列数
Figure 445932DEST_PATH_IMAGE034
与基本站1确定的行列数相同；
当i=2,3…
Figure 755691DEST_PATH_IMAGE019
-1时，附加站i1、i2…i
Figure 826415DEST_PATH_IMAGE031
拍摄的影像矩阵的行数
Figure 692871DEST_PATH_IMAGE035
与基本站i确定的行数
Figure 532651DEST_PATH_IMAGE035
相同，列数为基本站i确定的列数减去附加站(i-1)1确定的列数；
计算出
Figure 368069DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 225166DEST_PATH_IMAGE035
后，相邻行所需旋转的垂直方向角度
Figure 222248DEST_PATH_IMAGE037
、相邻列所需旋转的水平方向角度
Figure 873809DEST_PATH_IMAGE036
计算方法如下：
Figure 981443DEST_PATH_IMAGE047
按照以上计算出的垂直方向角度
Figure 376652DEST_PATH_IMAGE037
和水平方向角度
Figure 925445DEST_PATH_IMAGE036
进行扫描摄影，获得该摄站上的矩阵影像数据。
本发明的技术方案是将普通的非量测数码相机置于扫描摄影云台上，按照以上步骤进行扫描摄影即可获取大型场景目标的扫描影像，通过旋转摄影有效的增加了摄影视场角，并且影像数据能够利用经典的空中三角测量理论实现对摄影区域所有影像数据的“整体”处理。这种在基本站和附加站上进行扫描摄影的设计，能够利用普通非量测数码相机实现近景摄影数据自动化处理与测量精度的高度统一，并且能够根据摄影距离而任意选择不同焦距的镜头，在几十米到一千多米的摄影距离内，均能获得高精度的量测结果。因此本发明可广泛应用于大型建筑物测量、文物变形检测、隧道测量等工程测量领域。
附图说明
图1 是现有技术的地面元(GSD)示意图。
图2 是现有技术的平面、深度量测精度示意图。
图3 是本发明通过旋转摄影增加视场角的示意图。
图4 是本发明实施例的摄站分布图。
图5 是本发明实施例的影像矩阵行列分布示意图。
图6 是本发明实施例的摄站垂直方向旋转角度示意图。
图7 是本发明实施例的摄站水平方向旋转角度示意图。
图8 是本发明实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供的扫描近景摄影测量方法，采用普通的非量测数码相机(根据被摄目标的远近，可以任意更换不同焦距的物镜)置于扫描摄影云台上，进行扫描摄影(边旋转相机边进行摄影)方式，摄影距离由几十米到一千多米，均能获得大场景的高精度的量测。
该方法根据被摄目标的距离、摄影机物镜的焦距，将被摄目标的场景分为不同的“块”(BLOCK)，即场景块。设置相应的基本站(每个BLOCK的首尾摄站)，基本站的个数等于物体被分的“块”数加一；为减少被摄物体的影像变形给自动化影像匹配带来的困难，在基本站之间增加附加站（减小相邻摄站间的摄影基线长度）；在每个摄影站上对目标物体块进行扫描摄影（水平方向旋转和垂直方向旋转扫描摄影）。首、末两个摄影基本站(包括与其相邻的附加站)分别摄取对应物体上的一个场景块，而其他摄影基本站，则对物体相邻的两个“场景块”进行摄影。
通过这种扫描摄影的方式，每个摄站获取的影像可以组成影像矩阵，即：每个摄影站上获取的影像按“行”(ROWS)、“列”(COLUMNS)进行排列。通过每个摄站上的扫描摄影，增加了每个摄站的摄影视场角，克服了非量测数码相机像幅小、视场角小和交会角小的缺陷，能够满足大型场景目标的高精度测量。如图3所示，本发明采用扫描摄影，增大视场角，由原来视场角
Figure 826536DEST_PATH_IMAGE048
，通过旋转摄影，将总的视场角增大为
Figure DEST_PATH_IMAGE049
。 
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的描述。参见图8，实施例的过程如下：
步骤1，利用全站仪、激光测距仪、卷尺等测量工具，获取被摄目标场景的宽度
Figure DEST_PATH_IMAGE051
和摄影距离
Figure DEST_PATH_IMAGE053
的概略值；
步骤2，根据已有的非量测数码相机（机身，已知像幅大小及像素大小）、被摄目标的摄影距离
Figure 155886DEST_PATH_IMAGE053
和所需要达到的测量精度要求，确定所需相机镜头的焦距值
Figure 400792DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤3，设置扫描影像的水平方向重叠度
Figure DEST_PATH_IMAGE055
、垂直方向重叠度
Figure DEST_PATH_IMAGE057
、相邻基本站间的交会角
Figure 131987DEST_PATH_IMAGE059
和相邻附加站间的交会角
Figure DEST_PATH_IMAGE060
。
在设置以上参数时应遵循以下原则：
相邻基本站间的交会角
Figure 203980DEST_PATH_IMAGE017
是每个块（BLOCK）内摄影光束的最大交会角，将决定最终的交会精度，因此不能太小；同时
Figure 695321DEST_PATH_IMAGE017
如果太大，会导致基本站间的基线过长，各附加站与目标间的摄影距离差异增大，仍然会导致精度降低。因此
Figure 281023DEST_PATH_IMAGE017
设置在
Figure 445288DEST_PATH_IMAGE025
左右为宜。相邻附加站间的交会角将决定在数据处理过程中，匹配自动化的难易程度，因此
Figure 542130DEST_PATH_IMAGE061
不能超过
Figure DEST_PATH_IMAGE062
。同时
Figure 920022DEST_PATH_IMAGE060
太小会增加拍摄的影像数量，降低数据处理的效率。因此
Figure 583085DEST_PATH_IMAGE060
设置在左右为宜。为保证扫描摄影数据能够利用经典的空中三角测量理论进行整体处理，要求
Figure 203870DEST_PATH_IMAGE063
,
Figure DEST_PATH_IMAGE064
。
为增加区域网的连接强度，减少外业控制点的数量，本发明具体实施时设置方案如下：
扫描影像的水平方向重叠度
Figure 764164DEST_PATH_IMAGE065
，垂直方向重叠度
Figure DEST_PATH_IMAGE066
，相邻基本站间的交会角
Figure 581817DEST_PATH_IMAGE017
设置为
Figure 798034DEST_PATH_IMAGE025
，相邻附加站间的交会角
Figure 680540DEST_PATH_IMAGE018
设置为
Figure 95340DEST_PATH_IMAGE026
。
步骤4，确定基本站的个数
Figure DEST_PATH_IMAGE068
和相邻基本站间的基线长度
Figure DEST_PATH_IMAGE070
。
1)根据步骤1所得场景宽度
Figure 585359DEST_PATH_IMAGE071
及摄影距离
Figure 23293DEST_PATH_IMAGE053
、步骤3设置的相邻基本站间的交会角，按照以下公式计算基本站的个数
Figure 978797DEST_PATH_IMAGE068
。根据基本站个数
Figure DEST_PATH_IMAGE072
得到被测场景划分块数（即场景块个数）
Figure DEST_PATH_IMAGE074
=
Figure 406761DEST_PATH_IMAGE075
-1。
                     
Figure 394308DEST_PATH_IMAGE029
                                        式1
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
为两个相邻基本站间距离的预估值，int表示取整数；
2)根据基本站个数重新计算出两个相邻基本站间距离
Figure 758742DEST_PATH_IMAGE070
                   
Figure 105409DEST_PATH_IMAGE030
                                      式2
步骤5，确定相邻基本站间（每个被测场景块）附加站的个数
Figure DEST_PATH_IMAGE078
和相邻附加站间的基线长度
Figure DEST_PATH_IMAGE080
,计算公式如下：
Figure 563941DEST_PATH_IMAGE081
                          
Figure 835840DEST_PATH_IMAGE033
                                       式3
步骤6，确定各摄站的实地布设位置，确定方式如下:
1)基本站的设置：第一个基本站设置在垂直于被摄场景左边缘且距被测场景摄站距离
Figure 291092DEST_PATH_IMAGE003
的位置，按照步骤4计算出的两个相邻基本站间的距离
Figure 190915DEST_PATH_IMAGE020
，依次设置其它基本站。即将被摄目标划分-1个场景块，在与被摄目标平行且距离
Figure 606164DEST_PATH_IMAGE003
的直线上设置各摄站：在每个场景块的左端设置一个基本站，并在每个场景块设置
Figure 294634DEST_PATH_IMAGE031
个附加站，在最右边场景块的右端设置一个基本站。
2)附加站的设置：在两个相邻的基本站间，按照步骤5计算出的相邻附加站间距离
Figure 416174DEST_PATH_IMAGE022
，依次设置
Figure 785975DEST_PATH_IMAGE031
个附加站。
参见图4，Block1 、Block2、Block3为摄影物体“块”，即场景块；基1、基2、基2、基4为第1、2、3、4号基本站，附1、附2为场景块内的1号、2号附加站。
步骤7，在各摄站上按行（ROW）和列(COL)进行扫描摄影。根据所得扫描摄影数据得到测量结果。
实施例依次在基本站和附加站上，按照摄影参数，通过在水平方向和垂直方向上旋转相机的方式进行扫描摄影，获取扫描影像数据。
1)在基本站上，对与该基本站相邻的两个场景块进行扫描摄影，首、末两个基本站只对该基本站所在的场景块进行扫描摄影；
2)在附加站上，只对该附加站所在的场景块进行扫描摄影。
附加站上的扫描摄影方法：
附加站的摄影范围为该附加站所在的场景块。在附加站上，通过类似地面激光扫描仪在水平方向和垂直方向上旋转相机的方式，对该附加站所在的场景块进行扫描摄影，获取该场景块的矩阵影像数据（水平方向为行－ROW,垂直方向为列-COL）。在水平方向上旋转相机拍摄同一行的
Figure 256664DEST_PATH_IMAGE034
张影像,在垂直方向上旋转相机拍摄同一列的张影像，获取该场景块的矩阵影像数据。
拍摄同一行相邻两张影像时，在水平方向所旋转的角度相同，记为相邻列所需旋转的水平方向角度
Figure 724872DEST_PATH_IMAGE036
；拍摄同一列相邻两张影像时，在垂直方向所旋转的角度相同，记为相邻行所需旋转的垂直方向角度
Figure 445834DEST_PATH_IMAGE037
。
基本站上的扫描摄影方法：
如果基本站是首基本站或末基本站，基本站的摄影范围和摄影方式与所在场景块的附加站一致。否则，基本站的摄影范围是与该基本站相邻的两个场景块，摄影方式与这两个场景块设置的附加站相同。这种情况下，相机在水平方向所需旋转的角度是这两个场景块设置的附加站在水平方向所需旋转的角度之和，相应的，相机在同一行所需拍摄照片数目更多。
摄影方式同样是根据确定拍摄的影像矩阵的行数
Figure 456515DEST_PATH_IMAGE035
、列数
Figure 424471DEST_PATH_IMAGE034
及相邻行所需旋转的垂直方向角度
Figure 582920DEST_PATH_IMAGE037
、相邻列所需旋转的水平方向角度
Figure 294524DEST_PATH_IMAGE036
进行扫描摄影：在水平方向上旋转相机拍摄同一行的
Figure 425291DEST_PATH_IMAGE034
张影像，在垂直方向上旋转相机拍摄同一列的
Figure 875733DEST_PATH_IMAGE035
张影像，获取该场景块的矩阵影像数据；拍摄同一行相邻两张影像时，在水平方向所旋转的角度相同，记为相邻列所需旋转的水平方向角度
Figure 255899DEST_PATH_IMAGE036
；拍摄同一列相邻两张影像时，在垂直方向所旋转的角度相同，记为相邻行所需旋转的垂直方向角度
Figure 771194DEST_PATH_IMAGE037
。
所述首基本站是在最左边场景块的左端设置的基本站；所述末基本站是在最右边场景块的右端设置的基本站。
如图4，对于Block1，由基1、基2和它们之间的附1、附2拍摄；对于Block2，由基2、基3和它们之间的附1、附2拍摄；对于Block3，由基3、基4和它们之间的附1、附2拍摄。也就是说，基1只拍摄Block1，基4只拍摄Block3，基2拍摄Block1和Block2，基3拍摄Block2和Block3。
实际上，由于扫描影像要满足水平方向重叠度
Figure 569517DEST_PATH_IMAGE015
，每个摄站都是从左边相邻场景块的重叠部分开始扫描。左边第1个基本站和第1个场景块的附加站除外。
为便于实施参考起见，提供各摄站的参数设置方案如下：
设对被摄目标划分的-1个场景块记为场景块1、场景块2…场景块
Figure 684420DEST_PATH_IMAGE019
-1，基本站记为基本站1、基本站2…基本站，在第i个场景块设置的附加站记为附加站i1、附加站i2…附加站i
Figure 639924DEST_PATH_IMAGE031
，i的取值为1,2…
Figure 446817DEST_PATH_IMAGE019
-1。
    （1）对基本站i，根据相机在水平方向所需旋转的角度
Figure 4837DEST_PATH_IMAGE038
和垂直方向所需旋转的角度
Figure 596355DEST_PATH_IMAGE039
及步骤3设置的水平方向重叠度
Figure 618538DEST_PATH_IMAGE015
和垂直方向重叠度，确定拍摄的影像矩阵的行数
Figure 862886DEST_PATH_IMAGE035
、列数
Figure 258095DEST_PATH_IMAGE034
及相邻行所需旋转的垂直方向角度
Figure 134784DEST_PATH_IMAGE037
、相邻列所需旋转的水平方向角度
Figure 957247DEST_PATH_IMAGE036
，具体计算方法如下：
拍摄的影像矩阵的行数
Figure 224280DEST_PATH_IMAGE035
、列数计算方法如下： 
Figure 403643DEST_PATH_IMAGE040
                   式4
式中
Figure 397007DEST_PATH_IMAGE038
为相机在水平方向所需旋转的角度，
Figure 213653DEST_PATH_IMAGE039
为相机在垂直方向所需旋转的角度，
Figure 29294DEST_PATH_IMAGE034
为影像矩阵的列数，
Figure 552679DEST_PATH_IMAGE035
为影像矩阵的行数，
Figure 779261DEST_PATH_IMAGE015
为水平方向重叠度，
Figure 335401DEST_PATH_IMAGE016
为垂直方向重叠度，
Figure 876103DEST_PATH_IMAGE041
为相机的水平方向视场角，
Figure 316312DEST_PATH_IMAGE042
为相机的垂直方向视场角, 为相机的像幅宽（像素单位），为相机的像幅高（像素单位），
Figure 600160DEST_PATH_IMAGE045
为相机的像像元大小（毫米单位），为相机的焦距（毫米单位），
Figure 915789DEST_PATH_IMAGE046
表示向上取整。
如图6所示，1表示基本站，a点为被测物体的下边缘点（最低点），c点为被测物体的上边缘点（最高点），
Figure DEST_PATH_IMAGE084
为相机垂直方向视场角，当像幅的下边缘对准被测物的a点时，像幅的上边缘对准被测物体的b点。控制相机垂直方向旋转，并保持水平方向角度不变，使得像幅的上边缘对准被测物体的c点，旋转角度即为相机在垂直方向所需旋转的角度
Figure DEST_PATH_IMAGE086
。如图7所示，1、2表示基本站。a点为基本站1所需拍摄块的左边缘点，c为右边缘点。
Figure DEST_PATH_IMAGE088
 为相机的水平方向视场角，当像幅的左边缘对准被测物体的a点时，像幅的右边缘对准被测物的b点。水平转动相机，并保持垂直方向角度不变，使得像幅的最右边对准被测物的c点，旋转角度即为相机在水平方向所需旋转的角度
Figure DEST_PATH_IMAGE090
。具体实施时，相机在水平方向所需旋转的角度
Figure 118625DEST_PATH_IMAGE091
和相机在垂直方向所需旋转的角度可以人工输入辅助计算的装置；在采用仪器辅助进行转角时，也可以通过仪器自动记录：
Figure 415931DEST_PATH_IMAGE038
值可以通过扫描摄影云台在照准该块目标边缘左侧和边缘右侧时记录的角度差值获得；
Figure 171529DEST_PATH_IMAGE039
值可以通过扫描摄影云台在照准该块目标最高处和最低处的角度差值获得。
计算出和
Figure 357977DEST_PATH_IMAGE035
后，相邻行所需旋转的垂直方向角度、相邻列所需旋转的水平方向角度计算方法如下：
Figure 977549DEST_PATH_IMAGE047
                                                  式5
（2）对附加站i1、附加站i2…附加站i
Figure 201857DEST_PATH_IMAGE031
，
拍摄的影像矩阵的行数
Figure 341982DEST_PATH_IMAGE035
、列数计算方法如下：
当i=1时，附加站i1、i2…i
Figure 835597DEST_PATH_IMAGE031
拍摄的影像矩阵的行数
Figure 863596DEST_PATH_IMAGE035
、列数
Figure 45179DEST_PATH_IMAGE034
与基本站1确定的行列数相同；
当i=2,3…
Figure 814945DEST_PATH_IMAGE019
-1时，附加站i1、i2…i
Figure 449189DEST_PATH_IMAGE031
拍摄的影像矩阵的行数
Figure 15299DEST_PATH_IMAGE035
与基本站i确定的行数
Figure 379285DEST_PATH_IMAGE035
相同，列数为基本站i确定的列数减去附加站(i-1)1确定的列数；
计算出
Figure 126978DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 372145DEST_PATH_IMAGE035
后，相邻行所需旋转的垂直方向角度
Figure 528320DEST_PATH_IMAGE037
、相邻列所需旋转的水平方向角度
Figure 636959DEST_PATH_IMAGE036
同样按照式5计算。采用一致的和
Figure 153708DEST_PATH_IMAGE035
有利于“整体”处理拍摄所得影像数据。
按照以上步骤和方法计算出的和
Figure 194663DEST_PATH_IMAGE036
进行扫描摄影，即获得该摄站上的矩阵影像数据。参见图5的某摄站拍摄的矩阵影像数据，图中为2行3列影像分布，其中水平方向重叠度为
Figure 290795DEST_PATH_IMAGE092
，垂直方向重叠度为
Figure 815448DEST_PATH_IMAGE057
。即水平方向第0列照片与第1列照片之间、第1列照片与第2列照片之间重叠区域占影像大小的百分比为
Figure 680636DEST_PATH_IMAGE093
，垂直方向第0行照片与第1行照片之间重叠区域占影像大小的百分比为
Figure 881810DEST_PATH_IMAGE057
。水平方向重叠度
Figure 465238DEST_PATH_IMAGE093
，垂直方向重叠度
Figure 283329DEST_PATH_IMAGE057
的大小可由用户预先给定。
具体实施时，可以将步骤1-6的摄影参数设置和参数计算，及步骤7中利用摄影参数进行扫描拍照的功能集成到扫描摄影云台中，从而可实现扫描摄影数据的全自动获取。利用经典的空中三角测量理论实现对摄影区域所有影像数据的“整体”处理，即可根据所得扫描摄影数据得到测量结果。具体处理为现有技术，本发明不予赘述。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。本发明不仅可用于以水平旋转为主的常规近景摄影测量、同样也还适用于以垂直(天顶)旋转为主的“隧道”摄影测量。

Claims (2)

1.一种扫描近景摄影测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 
步骤1，利用测量工具，获取被摄目标场景的宽度S和摄影距离D的概略值； 
步骤2，根据非量测数码相机、被摄目标的摄影距离D和所需要达到的测量精度要求，确定所需相机镜头的焦距值f； 
步骤3，设置扫描影像的水平方向重叠度px、垂直方向重叠度py、相邻基本站间的交会角γ和相邻附加站间的交会角γad； 
步骤4，确定基本站的个数N和相邻基本站间的基线长度B'，实现方法如下： 
1)根据场景宽度S及摄影距离D、设置的相邻基本站间的交会角γ，按照以下公式计算基本站个数N和两个相邻基本站间距离的预估值B， 
               B＝D·tanγ 
当
Figure FDA0000416248900000011
时，N＝2 
当
Figure FDA0000416248900000012
时，
Figure FDA0000416248900000013
其中，int表示取整数； 
2)根据基本站个数N，按照以下公式重新计算出两个相邻基本站间距离，即相邻基本站间的基线长度B'， 
Figure FDA0000416248900000014
步骤5，确定相邻基本站间附加站的个数Nad和相邻附加站间的基线长度Bad，实现方法如下： 
Figure FDA0000416248900000015
Figure FDA0000416248900000016
步骤6，确定各摄站的实地布设位置，所述摄站包括基本站和附加站；设置方式为，对被摄目标划分N-1个场景块，于被摄目标的摄影距离D处，在每个场景块的左端设置一个基 本站，并在每个场景块设置Nad个附加站，在最右边场景块的右端设置一个基本站； 
步骤7，在各摄站上按行和列进行扫描摄影，根据所得扫描摄影数据得到测量结果；步骤7中，在各附加站上按行和列进行扫描摄影时，附加站的摄影范围为该附加站所在的场景块，附加站的摄影方式如下： 
在附加站上，通过在水平方向和垂直方向上旋转相机的方式，对该附加站所在的场景块进行扫描摄影，在水平方向上旋转相机拍摄同一行的cs张影像，在垂直方向上旋转相机拍摄同一列的rs张影像，获取该场景块的矩阵影像数据； 
拍摄同一行相邻两张影像时，在水平方向所旋转的角度相同，记为相邻列所需旋转的水平方向角度θH；拍摄同一列相邻两张影像时，在垂直方向所旋转的角度相同，记为相邻行所需旋转的垂直方向角度θV； 
步骤7中，在各基本站上按行和列进行扫描摄影时， 
如果基本站是首基本站或末基本站，基本站的摄影范围和摄影方式与所在场景块的附加站一致，否则，基本站的摄影范围是与该基本站相邻的两个场景块，摄影方式与这两个场景块设置的附加站相同； 
所述首基本站是在最左边场景块的左端设置的基本站； 
所述末基本站是在最右边场景块的右端设置的基本站；
设对被摄目标划分的N-1个场景块记为场景块1、场景块2…场景块N-1，基本站记为基本站1、基本站2…基本站N，在第i个场景块设置的附加站记为附加站(i)1、附加站(i)2…附加站(i)Nad，i的取值为1,2…N-1； 
（1）对基本站i，根据相机在水平方向所需旋转的角度α和垂直方向所需旋转的角度β及步骤3设置的水平方向重叠度px和垂直方向重叠度py，确定拍摄的影像矩阵的行数rs、列数cs及相邻行所需旋转的垂直方向角度θV、相邻列所需旋转的水平方向角度θH，具体计算方法如下： 
拍摄的影像矩阵的行数rs、列数cs计算方法如下： 
Figure FDA0000416248900000031
Figure FDA0000416248900000032
式中α为相机在水平方向所需旋转的角度，β为相机在垂直方向所需旋转的角度，cs为影像矩阵的列数，rs为影像矩阵的行数，px为水平方向重叠度，py为垂直方向重叠度，νH为相机的水平方向视场角，νV为相机的垂直方向视场角,CmrPxlWidth为相机的像幅宽，CmrPxlHeight为相机的像幅高，PxlSize为相机的像元大小，f为相机的焦距，表示向上取整； 
计算出cs和rs后，相邻行所需旋转的垂直方向角度θV、相邻列所需旋转的水平方向角度θH计算方法如下： 
Figure FDA0000416248900000036
按照以上计算出的垂直方向角度θV和水平方向角度θH进行扫描摄影，获得该摄站上的矩阵影像数据； 
（2）对附加站(i)1、附加站(i)2…附加站(i)Nad， 
拍摄的影像矩阵的行数rs、列数cs计算方法如下： 
当i=1时，附加站(i)1、(i)2…(i)Nad拍摄的影像矩阵的行数rs、列数cs与基本站1确定的行列数相同； 
当i=2,3…N-1时，附加站(i)1、(i)2…(i)Nad拍摄的影像矩阵的行数rs与基本站i确定的行数rs相同，列数cs为基本站i确定的列数减去附加站(i-1)1确定的列数； 
计算出cs和rs后，相邻行所需旋转的垂直方向角度θV、相邻列所需旋转的水平方向角度 θH计算方法如下： 
Figure FDA0000416248900000041
Figure FDA0000416248900000042
按照以上计算出的垂直方向角度θV和水平方向角度θH进行扫描摄影，获得该摄站上的矩阵影像数据。 
2.如权利要求1所述的扫描近景摄影测量方法，其特征在于：步骤3中，扫描影像的水平方向重叠度px≈0.7，垂直方向重叠度py≈0.4，相邻基本站间的交会角γ设置为35°，相邻附加站间的交会角γad设置为8°。 
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