CN105136123B - 一种基于普通定焦数码相机像内一点为摄站的地面像对摄影测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于普通定焦数码相机像内一点为摄站的地面像对摄影测量方法。该发明是选取像内一点作为第二次摄影测站点，有效增加了重叠度的面积。通过量取摄影机仪器中心的高度得到仪器差h，快速得到第二次测站摄影中心物方坐标。利用已知长度的竖直标尺作为标志物能够作为解算外方位元素的参数，提出以Y_i、Y′_i为未知数，从而只要3个以上的同名点就可以解算外方位元素，最后利用最小二乘法根据模型求解各特征点在S₁坐标系中的坐标值。

Description

一种基于普通定焦数码相机像内一点为摄站的地面像对摄影 测量方法

一、技术领域

本发明涉及一种地面摄影测量方法，特别是一种基于普通定焦数码相机像内一点为摄站的地面像对摄影测量方法。

二、技术背景

到目前为止，地面摄影测量外方位元素包括三个线元素X、Y、Z以及三个角元素ω、κ的解算比较复杂，同时对外业仪器的安置使用要求比较繁琐，需要的同名点的个数也比较多，计算量大。

因此，在解算外方位元素过程中极易出现错误，需要对外方位元素的解算方法加以优化。

三、发明内容

为了使地面摄影测量外方位元素解算过程快速化、仪器安置使用简单化，本发明的目的是提供一种基于普通定焦数码相机像内一点为摄站的地面像对摄影测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

1.在待测区域选定S₁作为起始摄站点，安置相机，对待测目标物保持近水平摄影，同时，要在摄站点S₁上相机可视范围内选择一点A，并在A点竖直放置一根定长杆；

2.在摄站点S₁摄影完之后，接着将相机安置在A点作为摄站点S₂，量取并记录相机的仪高h，此时保证相机近水平对待测目标物进行摄影，获取第二张像片；

3.由于已知竖直杆长为L和定焦相机焦距f，通过读取第一张像片中的长度，利用数学模型①、②，解算求得A的物方坐标；

4.根据已知的相机仪器高h，利用数学模型③确定摄站点S₂上相机中心的物方坐标；

5.联立坐标系S₁和S₂，建立物方坐标的关系；

6.依据最小二乘法原理，代入3个以上的特征点坐标值，利用数学模型④，确定S₁坐标系的共线方程，进而求得任意特征点的物方坐标值。

本项发明具有以下优点：

①两次摄影有效重叠范围增大；

②像方内有已知长度为L的标尺；

③提出Y_i、Y′_i，减少未知数个数的解算；

④第二次摄站即S₂站的摄站坐标容易解算，只需量测S₂站时仪器高h即可；

⑤解算外方位元素的过程只需要3个以上的同名点，需要同名点的个数减少；

四、附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为地面摄影仪器架设方式与拍摄方向示意图；

图2为S₁物方坐标系示意图；

图3为S₁像方坐标系示意图；

图4为S₂物方坐标系示意图；

图5为S₂像方坐标系示意图；

五、具体实施方式：

基于普通定焦数码相机像内一点为摄站的地面像对摄影测量方法与现有地面摄影测量方法的仪器架设方式以及解算过程不同，对现有的地面摄影架站方式和解算进行了进一步的优化，具体是：

1.像对获取：

(1)在待测区域选定S₁作为起始摄站点，安置相机，要在摄站点S₁上相机可视范围内选择一点A，并在A点竖直放置一根定长杆，其中，杆长为L，如图1所示，对待测目标物保持近水平摄影，获取第一张像片；

(2)在摄站点S₁摄影完之后，接着将相机安置在A点作为摄站点S₂，量取并记录相机的仪高h，此时保证相机近水平对待测目标物进行摄影，获取第二张像片；

2.方程解算：

(1)由于已知竖直杆长为L和定焦相机焦距f，通过读取第一张像片中的长度，利用数学模型①和数学模型②其中，(X_i，Y_i，Z_i)为任意点在S₁坐标系中的物方坐标，S₁物方坐标系如图2所示，(X_A，Y_A，Z_A)为A点的物方坐标，(u_i，v_i)为任意点在S₁坐标系中的像方坐标，S₁像方坐标系如图3所示，f定焦相机的焦距，(u_A，v_A)为A点在S₁坐标系中的像方坐标，，Δv_A为竖直杆在像片中的长度，L为竖直杆的实际长度，解算求得A的物方坐标；

(2)利用数学模型③其中，(ΔX，ΔY，ΔZ)为A点在S₁坐标系中相对于S₁坐标系坐标原点S₁的坐标变化量，h为相机安置在A点上的仪高，确定摄站点S₂上相机中心的物方坐标；

(3)联立坐标系S₁和S₂，建立物方坐标的关系，S₂物方坐标系如图4所示，并将物方坐标值(X_i，Y_i，Z_i)和(X′_i，Y′_i，Z′_i)转化只含有Y_i和Y_i′的表达形式，然后，利用数学模型④其中，(X′_i，Y′_i，Z′_i)为任意点在S₂坐标系中的物方坐标，(u′_i，v′_i)为各特征点在S₂坐标系中的像方坐标，S₂像方坐标系如图5所示，ψ、ω、κ相机外方位元素的角元素；

(4)依据最小二乘法原理，代入3个以上的特征点坐标值，利用数学模型④，确定S₁坐标系的共线方程，进而求得任意特征点的物方坐标值。

Claims (1)

1.一种基于普通定焦数码相机像内一点为摄站的地面像对摄影测量方法，其特征是：

(1)在待测区域选定S₁作为起始摄站点，安置相机，其中，相机为普通定焦数码相机，对待测目标物保持近水平摄影，同时，要在摄站点S₁上相机可视范围内选择一点A，并在A点竖直放置一根定长杆，其中，杆长为L；

(2)在摄站点S₁摄影完之后，接着将相机安置在A点作为摄站点S₂，量取并记录相机的仪高h，此时保证相机近水平对待测目标物进行摄影，获取第二张像片；

(3)由于已知竖直杆长为L和定焦相机焦距f，通过读取定长杆在第一张像片中的长度，利用数学模型①和数学模型②其中，(X_i，Y_i，Z_i)为任意点在S₁坐标系中的物方坐标，(X_A，Y_A，Z_A)为A点的物方坐标，(u_i，v_i)为任意点在S₁坐标系中的像方坐标，f定焦相机的焦距，(u_A，v_A)为A点在S₁坐标系中的像方坐标，Δv_A为竖直杆在像片中的长度，L为竖直杆的实际长度，解算求得A的物方坐标；

(4)利用数学模型③其中，(ΔX，ΔY，ΔZ)为A点在S₁坐标系中相对于S₁坐标系坐标原点S₁的坐标变化量，h为相机安置在A点上的仪高，确定摄站点S₂上相机中心的物方坐标；

(5)联立坐标系S₁和S₂，建立物方坐标的关系，并将物方坐标值(X_i，Y_i，Z_i)和(X′_i，Y′_i，Z′_i)转化只含有Y_i和Y′_i的表达形式，然后，利用数学模型④其中，(X′_i，Y′_i，Z′_i)为任意点在S₂坐标系中的物方坐标，(u′_i，v′_i)为各特征点在S₂坐标系中的像方坐标，ψ、ω、κ相机外方位元素的角元素；

(6)依据最小二乘法原理，代入3个以上的特征点坐标值，利用数学模型④，确定S₁坐标系的共线方程，进而求得任意特征点的物方坐标值。