CN108731644B - 基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明的倾斜摄影测图系统包括：参考高程平面设置模块，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点高程相近高度的平面作为参考高程平面；待处理影像对确定模块，查找能同时观察到所述垂直地物的左右一对影像；铅直辅助线形成模块，在左影像上获取一像素点作为参考像素点，获取通过左相机位置和参考像素点的直线在参考高程平面上的交点，获取经过交点的铅直线在左右影像上投影的左右铅直辅助线；以及特征点平面坐标确定模块，在左影像上沿着左铅直辅助线移动参考像素点，当右影像上的右铅直辅助线与特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠时，将通过左相机位置和参考像素点的直线在参考高程平面上的交点的平面坐标确定为特征点的平面坐标。

Description

基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法及其系统

技术领域

本发明涉及倾斜摄影测图领域，特别涉及一种铅直辅助线的倾斜摄影测图方法及其系统。

背景技术

摄影测量是指通过影像获取，处理，提取和成果表达的一门技术。是利用光学摄影机或数码相机获取的相片，经过处理以获取被摄物体的形状，大小，位置，特征以及相互关系。在影像上进行量测和解释，主要工作在室内进行，无需接触物体本身，因而很少受到气候，地理等条件影响；所摄影像是客观事物或目标的真实反映，信息丰富，形象直观，可以从中获取所研究物体的大量几何信息和物理信息；可以拍摄动态物体的瞬间影像，完成常规难以实现的测量工作；适用于大范围的地形测绘，成图快，效率高。

摄影测量影像测图目前有两种主要的方式：

1)立体测图，构建核线影像像对，通过佩戴立体眼镜在立体的环境下调整左右视差进行地物测量。

2)双屏测图，构建非核线影像像对，在两个独立的影像上寻找同名像点实现地物测量。

方式1） 测量效率高，精度高，但对于设备要求和测图人员素质要求高。而且目前仅支持下视也就是垂直影像测图，不具备针对倾斜影像测图的能力, 故倾斜影像上提供的信息无法提取，如要测量房檐内的墙壁坐标，方式1） 是无法做到的。

方式2） 测量效率低，精度不及方式1） ，但对设备要求和测图人员素质要求低，普通的电脑即可进行测图。其缺点是测量目标必须是有明确特征的位置，如墙角，井盖等等，测量时因为进行判断的仅是特征位置的少量像素，故精度也不及方式1） 。

发明内容

本发明鉴于现有技术的上述现状，其目的在于提供一种解决了目前无法对倾斜影像进行测图的问题的基于辅助线的倾斜摄影测图方法及其系统。

本发明的一实施方式的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统，包括：参考高程平面设置模块，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点高程相近高度的平面作为参考高程平面；待处理影像对确定模块，查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像和右影像，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像和右影像时的左右相机位置分别设为左相机位置和右相机位置；铅直辅助线形成模块，在所述左影像上获取所述特征点所在的铅直方向直线形图案上的任一像素点作为参考像素点，获取通过所述左相机位置和所述参考像素点的三维空间坐标的直线在所述参考高程平面上的交点，进而获取经过所述交点的铅直线在所述左影像和所述右影像上投影的直线，分别称作左铅直辅助线和右铅直辅助线；以及特征点平面坐标确定模块，在所述左影像上沿着所述左铅直辅助线移动所述参考像素点的同时观察所述右影像，当所述右影像上的所述右铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠时，将通过所述左相机位置和所述参考像素点的直线在所述参考高程平面上的交点的平面坐标确定为所述特征点的平面坐标。

优选所述的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统，若左铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案不重叠，特征点平面坐标确定模块首先在所述左影像上移动所述参考像素点以使所述左铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠。

本发明的另一实施方式的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统，包括：参考高程平面设置模块，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点高程相近高度的平面作为参考高程平面；待处理影像对确定模块，查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像和右影像，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像和右影像时的左右相机位置分别设为左相机位置和右相机位置；铅直辅助线形成模块，在所述左影像和所述右影像上分别获取与所述特征点所在铅直方向直线形图案重叠的直线作为左铅直辅助线和右铅直辅助线；以及特征点平面坐标确定模块，获取由所述左相机位置和所述左铅直辅助线构成的平面和由所述右相机位置和所述右铅直辅助线构成的平面相交的交线，将所述交线与所述参考高程平面的交点的平面坐标确定为所述特征点的平面坐标。

本发明的另一实施方式的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法，包括：参考高程平面设置步骤，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点高程相近高度的平面作为参考高程平面；待处理影像对确定步骤，查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像和右影像，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像和右影像时的左右相机位置分别设为左相机位置和右相机位置；铅直辅助线形成步骤，在所述左影像上获取所述特征点所在的铅直方向直线形图案上的任一像素点作为参考像素点，获取通过所述左相机位置和所述参考像素点的三维空间坐标的直线在所述参考高程平面上的交点，进而获取经过所述交点的铅直线在所述左影像和所述右影像上投影的直线，分别称作左铅直辅助线和右铅直辅助线；以及特征点平面坐标确定步骤，在所述左影像上移动所述参考像素点以使所述左铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠，之后，在所述左影像上沿着所述左铅直辅助线移动所述参考像素点的同时观察所述右影像，当所述右影像上的所述右铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠时，将通过所述左相机位置和所述参考像素点的直线在所述参考高程平面上的交点的平面坐标确定为所述特征点的平面坐标。

优选所述的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法，在特征点平面坐标确定步骤，若左铅直辅助线LineA’与所述特征点所在的铅直方向直线形图案不重叠，则首先在所述左影像上移动所述参考像素点以使所述左铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠。

本发明的另一实施方式的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法，包括：参考高程平面设置步骤，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点高程相近高度的平面作为参考高程平面；待处理影像对确定步骤，查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像和右影像，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像和右影像时的左右相机位置分别设为左相机位置和右相机位置；铅直辅助线形成步骤，在所述左影像和所述右影像上分别获取与所述特征点所在铅直方向直线形图案重叠的直线作为左铅直辅助线和右铅直辅助线；以及特征点平面坐标确定步骤，获取由所述左相机位置和所述左铅直辅助线构成的平面和由所述右相机位置和所述右铅直辅助线构成的平面相交的交线，将所述交线与所述参考高程平面的交点的平面坐标确定为所述特征点的平面坐标。

本发明的述基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法及其系统与以往的立体测图方式对比，具有如下的优点：

(1)对测图设备的要求低，普通计算机即可进行测图，另外，不需要特定显卡和120Hz的显示器，不需要佩戴立体镜。

(2)对测图人员素质要求低，不需要具备立体感。

(3)可以对倾斜影像进行测量，因此测图数据源更加丰富。

本发明的述基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法及其系统与以往的和双屏测图方式相比，通过辅助线方式测量精度更高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对具体实施方式部分中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的第一实施例的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统的框图。

图2是本发明的第一实施例的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法的流程图。

图3是本发明的第二实施例的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统的框图。

图4是本发明的第二实施例的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法的流程图。

图5是用于说明本发明的原理的图。

具体实施方式

下面，参考附图更详细地说明本发明的实施例。本发明的实施例可以变形为各种方式，本发明的范围不应解释为限定于下面说明的实施例。

<技术原理说明>

对于如垂直于地面的建筑物，在利用如航空摄影影像、遥感影像等测量该建筑物的边角特征点的空间位置坐标时，若已经知晓所述边角特征点的高程而仅需测得平面坐标，则可在能够观察到所要测量的建筑物图案的影像上利用该建筑物的墙线等铅直方向直线形线条快速确定该墙线上的边角特征点的平面坐标。其原理简单说明如下：

如图5所示，在三维空间内，BasePlane为具有与建筑物楼顶边角F点的高程相近高程的平面，LineW为建筑物楼顶边角F点所在的垂直方向墙线， LineW’和LineW”分别为与在左影像PhotoL和PhotoR上的LineW的投影线，该投影线LineW’和LineW”分别在左影像PhotoL和PhotoR上与所述建筑物楼顶边角F点所在的垂直方向墙线的影像重叠。LineW上的任意一点A点在左影像PhotoL上的投影点为A’，PosL和墙线LineW形成的平面PlaneL上的任意一点投影到PhotoL上都会落在LineW’上，所以，经过PosL和LineW’上的任意一点A’的直线在BasePlane上的交点A3一定会在Baseplane和 PlaneL的交线LineW”’上，当取经过交点A3的铅直线LineA，并将该铅直线 LineA投影到PhotoL和PhotoR上时，PhotoL上的投影线LineA’会与LineW’重叠，而PhotoR上的投影线LineA”则会与PosR上的LineW”的投影线相平行。因此，若反过来，在右影像PhotoR上平行移动LineA”使得LineA”与 PhotoR上的所述建筑物楼顶边角F点所在的垂直方向墙线的影像重叠，则三维空间内的A3点会沿着LineW”线移动到与F点位置，计算此时的A3点的平面坐标即可得到F点的平面坐标。

另外，由于LineW为建筑物楼顶边角F点所在的垂直方向墙线，LineW’和LineW”分别为与在左影像PhotoL和PhotoR上的LineW的投影线，该投影线LineW’和LineW”分别在左影像PhotoL和PhotoR上与所述建筑物楼顶边角F点所在的垂直方向墙线的影像重叠，所以PosL和墙线LineW形成的平面PlaneL也即是PosL和LineW’形成的面，PosR和墙线LineW形成的平面PlaneR也即是PosR和LineW”形成的面，因此作为一种可代替性方案，也可以通过在左影像PhotoL上取与建筑物楼顶边角F点所在的垂直方向墙线重叠的直线作为LineW’，在左影像PhotoR上取与建筑物楼顶边角F点所在的垂直方向墙线重叠的直线作为LineW”，计算PlaneL和PlaneR的交线即为 LineW，进一步计算LineW和BasePlane的交点即可算出F点的平面坐标。

下面，具体结合图1～图 4说明本发明的两个实施例。

<第一实施例>

图1是本发明的本发明的第一实施例的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统的框图。如图1所示，第一实施例的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统100包括参考高程平面设置模块110、待处理影像对确定模块120、铅直辅助线形成模块130以及特征点平面坐标确定模块。

所述参考高程平面设置模块110用于在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点F高程相近高度的平面作为参考高程平面BasePlane。

待处理影像对确定模块120用于查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像PhotoL和右影像PhotoR，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像PhotoL和右影像PhotoR时的左右相机位置分别设为左相机位置PosL和右相机位置PosR。

铅直辅助线形成模块130用于在所述左影像PhotoL上获取所述特征点F 所在的铅直方向直线形图案上的任一像素点作为参考像素点A’，获取通过所述左相机位置PosL和所述参考像素点A’的三维空间坐标的直线在所述参考高程平面BasePlane上的交点A3，进而获取经过所述交点A3的铅直线LineA 在所述左影像PhotoL和所述右影像PhotoR上投影的直线，分别称作左铅直辅助线LineA’和右铅直辅助线LineA”。

若此时左铅直辅助线LineA’与所述特征点所在的铅直方向直线形图案不重叠，则特征点平面坐标确定模块140先在所述左影像PhotoL上移动所述参考像素点A’以使所述左铅直辅助线LineA’与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠；若此时左铅直辅助线LineA’与所述特征点所在的铅直方向直线形图案已经相重叠，则无需在所述左影像PhotoL上移动所述参考像素点A’。之后，特征点平面坐标确定模块140在所述左影像上沿着所述左铅直辅助线 LineA’移动所述参考像素点A’的同时观察所述右影像PhotoR，当所述右影像PhotoR上的所述右铅直辅助线LineA”与所述特征点F所在的铅直方向直线形图案相重叠时，将通过所述左相机位置PosL和所述参考像素点A’的直线在所述参考高程平面BasePlane上的交点A3的平面坐标确定为所述特征点F 的平面坐标。

图2是本发明的第一实施例的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法的流程图。如图2所示，基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法包括参考高程平面设置步骤S110、待处理影像对确定步骤S110、铅直辅助线形成步骤S130以及特征点平面坐标确定步骤S140。

在参考高程平面设置步骤S110，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点F高程相近高度的平面作为参考高程平面BasePlane。

在待处理影像对确定步骤S120，查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像PhotoL和右影像PhotoR，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像PhotoL和右影像PhotoR时的左右相机位置分别设为左相机位置PosL和右相机位置PosR。

在铅直辅助线形成步骤S130，在所述左影像PhotoL上获取所述特征点F 所在的铅直方向直线形图案上的任一像素点作为参考像素点A’，获取通过所述左相机位置PosL和所述参考像素点A’的三维空间坐标的直线在所述参考高程平面BasePlane上的交点A3，进而获取经过所述交点A3的铅直线LineA 在所述左影像PhotoL和所述右影像PhotoR上投影的直线，分别称作左铅直辅助线LineA’和右铅直辅助线LineA”。

在特征点平面坐标确定步骤S140，若此时左铅直辅助线LineA’与所述特征点所在的铅直方向直线形图案不重叠，则在所述左影像PhotoL上移动所述参考像素点A’以使所述左铅直辅助线LineA’与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠；若此时左铅直辅助线LineA’与所述特征点所在的铅直方向直线形图案已经相重叠，则无需在所述左影像PhotoL上移动所述参考像素点 A’。之后，特征点平面坐标确定模块140在所述左影像上沿着所述左铅直辅助线LineA’移动所述参考像素点A’的同时观察所述右影像PhotoR，当所述右影像PhotoR上的所述右铅直辅助线LineA”与所述特征点F所在的铅直方向直线形图案相重叠时，将通过所述左相机位置PosL和所述参考像素点A’的直线在所述参考高程平面BasePlane上的交点A3的平面坐标确定为所述特征点F的平面坐标。

<第二实施例>

图3是本发明的第二实施例的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统的框图。如图3所示，基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统200包括参考高程平面设置模块210、待处理影像对确定模块220、铅直辅助线形成模块230以及特征点平面坐标确定模块240。

参考高程平面设置模块210用于在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点F高程相近高度的平面作为参考高程平面BasePlane。

待处理影像对确定模块220用于查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像PhotoL和右影像PhotoR，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像PhotoL和右影像PhotoR时的左右相机位置分别设为左相机位置PosL和右相机位置PosR。

铅直辅助线形成模块230用于在所述左影像PhotoL和右影像PhotoR上分别获取与所述特征点F所在铅直方向直线形图案重叠的直线作为左铅直辅助线LineW’和右铅直辅助线LineW”。

特征点平面坐标确定模块240用于获取由所述左相机位置PosL和所述左铅直辅助线LineW’构成的平面和由所述右相机位置PosR和所述右铅直辅助线LineW”构成的平面相交的交线LineW，将所述交线LineW与所述参考高程平面BasePlane的交点的平面坐标确定为所述特征点F的平面坐标。

图4是本发明的第二实施例的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法的流程图。如图4所示，本发明的第二实施例的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法，包括：参考高程平面设置步骤S210，待处理影像对确定步骤S220，铅直辅助线形成步骤S230以及特征点平面坐标确定步骤S240。

在参考高程平面设置步骤S210，首先，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点F高程相近高度的平面作为参考高程平面BasePlane。

在待处理影像对确定步骤S220，查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像PhotoL和右影像PhotoR，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像PhotoL和右影像PhotoR时的左右相机位置分别设为左相机位置PosL和右相机位置PosR。

之后，在铅直辅助线形成步骤S230，在所述左影像PhotoL和右影像 PhotoR上分别获取与所述特征点F所在铅直方向直线形图案重叠的直线作为左铅直辅助线LineW’和右铅直辅助线LineW”。

最后，在特征点平面坐标确定步骤S240，获取由所述左相机位置PosL 和所述左铅直辅助线LineW’构成的平面和由所述右相机位置PosR和所述右铅直辅助线LineW”构成的平面相交的交线LineW，将所述交线LineW与所述参考高程平面BasePlane的交点的平面坐标确定为所述特征点F的平面坐标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

工业实用性

本发明可应用于数字摄影测量测图系统中。

Claims (6)

1.一种基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统，其特征在于，包括：

参考高程平面设置模块，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点高程相近高度的平面作为参考高程平面；

待处理影像对确定模块，查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像和右影像，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像和右影像时的左右相机位置分别设为左相机位置和右相机位置；

铅直辅助线形成模块，在所述左影像上获取所述特征点所在的铅直方向直线形图案上的任一像素点作为参考像素点，获取通过所述左相机位置和所述参考像素点的三维空间坐标的直线在所述参考高程平面上的交点，进而获取经过所述交点的铅直线在所述左影像和所述右影像上投影的直线，分别称作左铅直辅助线和右铅直辅助线；以及

特征点平面坐标确定模块，在所述左影像上沿着所述左铅直辅助线移动所述参考像素点的同时观察所述右影像，当所述右影像上的所述右铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠时，将通过所述左相机位置和所述参考像素点的直线在所述参考高程平面上的交点的平面坐标确定为所述特征点的平面坐标。

2.根据权利要求1所述的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统，其特征在于，

若左铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案不重叠，特征点平面坐标确定模块首先在所述左影像上移动所述参考像素点以使所述左铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠。

3.一种基于铅直辅助线的倾斜摄影测图系统，其特征在于，包括：

参考高程平面设置模块，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点高程相近高度的平面作为参考高程平面；

待处理影像对确定模块，查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像和右影像，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像和右影像时的左右相机位置分别设为左相机位置和右相机位置；

铅直辅助线形成模块，在所述左影像和所述右影像上分别获取与所述特征点所在铅直方向直线形图案重叠的直线作为左铅直辅助线和右铅直辅助线；以及

特征点平面坐标确定模块，获取由所述左相机位置和所述左铅直辅助线构成的平面和由所述右相机位置和所述右铅直辅助线构成的平面相交的交线，将所述交线与所述参考高程平面的交点的平面坐标确定为所述特征点的平面坐标。

4.一种基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法，其特征在于，包括：

参考高程平面设置步骤，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点高程相近高度的平面作为参考高程平面；

待处理影像对确定步骤，查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像和右影像，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像和右影像时的左右相机位置分别设为左相机位置和右相机位置；

铅直辅助线形成步骤，在所述左影像上获取所述特征点所在的铅直方向直线形图案上的任一像素点作为参考像素点，获取通过所述左相机位置和所述参考像素点的三维空间坐标的直线在所述参考高程平面上的交点，进而获取经过所述交点的铅直线在所述左影像和所述右影像上投影的直线，分别称作左铅直辅助线和右铅直辅助线；以及

特征点平面坐标确定步骤，在所述左影像上移动所述参考像素点以使所述左铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠，之后，在所述左影像上沿着所述左铅直辅助线移动所述参考像素点的同时观察所述右影像，当所述右影像上的所述右铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠时，将通过所述左相机位置和所述参考像素点的直线在所述参考高程平面上的交点的平面坐标确定为所述特征点的平面坐标。

5.根据权利要求4所述的基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法，其特征在于，

在特征点平面坐标确定步骤，若左铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案不重叠，则首先在所述左影像上移动所述参考像素点以使所述左铅直辅助线与所述特征点所在的铅直方向直线形图案相重叠。

6.一种基于铅直辅助线的倾斜摄影测图方法，其特征在于，包括：

参考高程平面设置步骤，在三维空间内设置与所要测量的垂直地物的特征点高程相近高度的平面作为参考高程平面；

待处理影像对确定步骤，查找能够同时观察到所述垂直地物的左右一对影像，分别设为左影像和右影像，并将通过空中三角测量解算得到的拍摄左影像和右影像时的左右相机位置分别设为左相机位置和右相机位置；

铅直辅助线形成步骤，在所述左影像和所述右影像上分别获取与所述特征点所在铅直方向直线形图案重叠的直线作为左铅直辅助线和右铅直辅助线；以及

特征点平面坐标确定步骤，获取由所述左相机位置和所述左铅直辅助线构成的平面和由所述右相机位置和所述右铅直辅助线构成的平面相交的交线，将所述交线与所述参考高程平面的交点的平面坐标确定为所述特征点的平面坐标。

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