CN109099889B - 近景摄影测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种近景摄影测量系统和方法，所述近景摄影测量系统包括：包括：摄像机、RTK设备和图像数据解算设备；所述摄像机用于拍摄目标对象的图像,将所述图像发送至所述图像数据解算设备；所述RTK设备通过内置的传感器，获取每张拍摄图像的外方位信息，将所述外方位信息发送至所述图像数据解算设备；所述图像数据解算设备根据所述图像的特征信息和所述外方位信息，对所述目标对象进行测量计算，得到所述目标对象的测量信息。上述近景摄影测量系统，弥补图像的特征信息不能获取目标对象的绝对位置信息,以及图像的外方位信息容易受环境影响的问题,提高了近景摄影测量系统作业的高效性和准确性。

Description

近景摄影测量系统和方法

技术领域

本发明涉及摄影测量技术领域，特别是涉及一种近景摄影测量系统和方法。

背景技术

近景摄影测量，属于摄影测量的一个分支，基本原理来自测量的交会方法，根据使用行业可划分为建筑摄影测量、工业摄影测量和生物医学摄影测量。

目前，近景摄影测量主要通过在物方布置相控点，在规定角度、距离及摄站数拍摄物方照片，将所获得照片进行计算，从而获得照片建筑、物体的特征点坐标，再通过软件绘制获得建筑或物体轮廓或其他点、线和面测量结果。但这种获取拍摄物方特征点坐标的方式，需要提前布设像控点，且对像控点进行测量，使得近景摄影测量的工作量大大增加，降低了摄影测量的效率。

发明内容

基于此，有必要针对近景摄影测量需要提前布设像控点才能获得拍摄物方特征点坐标的问题，提供一种近景摄影测量系统和近景摄影测量方法。

一种近景摄影测量系统，包括：摄像机、RTK设备和图像数据解算设备；

所述RTK设备通过结构件与所述摄像机进行连接；所述图像数据解算系统分别与所述RTK设备和所述摄像机连接；

所述摄像机用于拍摄目标对象的图像,将所述图像发送至所述图像数据解算设备；所述RTK设备通过内置的传感器，获取每张拍摄图像的外方位信息，将所述外方位信息发送至所述图像数据解算设备；所述图像数据解算设备根据所述图像的特征信息和所述外方位信息，对所述目标对象进行测量，得到所述目标对象的测量信息。

在其中一个实施例中，所述图像数据解算设备，还用于：根据已拍摄的图像，检测所述当前拍摄图像的拍摄角度。

在其中一个实施例中，所述图像数据解算设备，还用于：将所述当前拍摄图像的拍摄角度与设定的拍摄角度进行比较，得到所述当前拍摄图像的角度偏差值；根据所述角度偏差值输出相应的操作指引信息。

在其中一个实施例中，所述图像数据解算设备，还用于：根据设定的作业范围和作业路径，控制所述摄像机和所述RTK设备进行拍摄测量工作。

在其中一个实施例中，所述RTK设备包括姿态传感器；所述姿态传感器用于获取摄像机拍摄的横滚角、俯仰角和航向角。

在其中一个实施例中，所述图像数据解算设备为触摸屏终端。

一种近景摄影测量方法，包括：

获取拍摄目标对象各个角度的图像，对所述图像进行特征信息提取，得到每张图像对应的特征信息和外方位信息；

根据所述特征信息，对所述图像进行特征匹配，确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系；

根据所述图像的外方位信息和所述相对位置关系，确定所述拍摄目标对象的位置信息。

在其中一个实施例中，所述对所述图像进行特征匹配，确定所述图像中拍摄目标间的相对位置关系的步骤，包括：根据设定的匹配顺序，依次对所述图像中所有的图像进行两两图像特征匹配，得到所述图像间相匹配的特征信息；根据所述特征信息，计算所述图像间的特征相似度，并根据所述特征相似度确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系。

在其中一个实施例中，在确定所述拍摄目标对象的位置信息的步骤之后，还包括：对所述拍摄的目标对象的位置信息进行测量平差，得到所述拍摄目标对象精确的位置信息。

在其中一个实施例中，所述外方位信息包括：全球定位系统坐标和姿态信息；所述姿态信息包括：横滚角、俯仰角和航向角。

上述近景摄影测量系统和方法，通过摄像机拍摄目标对象的图像的同时，通过RTK设备获取图像的外方位信息，从而为拍摄的每一张图像增加了绝对位置和姿态属性，实现了不需要预先布设像控点作参照，也能获取拍摄的目标对象高精度的位置信息，使得可以根据图像的特征信息和外方位信息对目标对象进行测量，弥补图像的特征信息不能获取目标对象的绝对位置信息,以及图像的外方位信息容易受环境影响的问题，提高了近景摄影测量系统作业的高效性和准确性。

附图说明

图1为一实施例近景摄影测量系统的结构示意图；

图2为一实施例近景摄影测量方法的流程示意图；

图3为一实施例近景摄影测量装置的结构示意图；

图4为一实施例计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明实施例的技术方案，进行清楚和完整的描述。

如图1所示，图1为一实施例近景摄影测量系统的结构示意图，包括：RTK设备110、摄像机120和图像数据解算设备130；

所述RTK设备110通过结构件与所述摄像机120进行连接；所述图像数据解算系统130分别与所述RTK设备110和所述摄像机120连接；

所述摄像机120用于拍摄目标对象的图像,将所述图像发送至所述图像数据解算设备130；所述RTK设备110通过内置的传感器，获取每张拍摄图像的外方位信息，将所述外方位信息发送至所述图像数据解算设备130；所述图像数据解算设备130根据所述图像的特征信息和所述外方位信息，对所述目标对象的位置进行测量，得到所述目标对象的位置信息。

其中，RTK设备110是一种地理信息测量设备，由小型GNSS接收机与高清定焦摄像机以固定的尺寸组装而成，用于获取拍摄目标对象的外方位信息，包括地理位置坐标和姿态信息等。摄像机120为具有定焦镜头的相机；目标对象为待摄影测量的物体。摄像机120与RTK设备110保持平行放置，摄像机120拍摄的镜头指向的方向和RTK设备110指向成设定的角度，两者设置的位置相对固定，因此RTK设备110测量的地理位置数据与摄像机120所处位置的地理位置数据同步，从而在拍照的瞬间，通过对RTK设备110测量的地理位置数据进行转换，即得到摄像机120拍摄的图像的外方位信息。

图像的特征信息为表示图像属性的特征信息，包括图像的颜色特征、形状特征和空间关系特征等。目标对象的测量信息包括目标对象的大小、形状和几何位置等信息，图像数据解算设备130对图像的特征信息进行提取后，根据图像的特征信息和外方位信息，对目标对象的大小、形状或几何位置进行测量计算，从而得到目标对象的测量信息。

上述近景测量系统，利用RTK设备实时获取拍摄的目标对象的位置信息，减少近景摄影测量中因布控像控点而增加的工作量，扩大了实际工程中可进行测量的范围。同时，通过利用拍摄图像的特征信息，计算目标对象间的相对位置关系，解决了RTK设备无法对拍摄的目标对象受遮挡部分测量的问题，使得近景测量系统可以对建筑物表面等复杂物体进行精确的测量。

在其中一个实施例中，所述图像数据解算设备130，还用于：根据已拍摄的图像，检测所述当前拍摄图像的拍摄角度。拍摄的角度为摄像机120拍摄目标对象时调整的角度，需要说明的是，在实际的近景摄影测量工程中，需要作业人员从多个角度去采集待摄影测量的目标对象的图像信息，从而全面的将信息记录下来，进行后续的测量工作。因此，每张拍摄的图像需要根据已拍摄的图像，确定当前图像拍摄的角度，即图像数据解算设备130根据设定的频率，从当前实时拍摄的图像数据流中提取出图像，与已拍摄的图像进行重合度匹配，从而确定出当前图像拍摄的角度。

在其中一个实施例中，所述图像数据解算设备130，还用于：将所述当前拍摄图像的拍摄角度与设定的拍摄角度进行比较，得到所述当前拍摄图像的角度偏差值；根据所述角度偏差值输出相应的操作指引信息。其中，偏差值用于表示当前拍摄图像与设定的图像拍摄角度间的偏差。图像数据解算设备130通过提取当前摄像机120拍摄的照片流的影响帧数据，对当前摄像机120拍摄的图像的位置和角度进行计算，并根据计算的结果判断当前拍摄的图像效果的优劣，如当前拍摄的位置与角度不在设定的拍摄范围内，则判定当前拍摄的位置和角度不是最优，输出相应的指引信息提示作业人员进行调整，从而减少靠人眼识别图像重叠带来的误差。如，作业人员在A点拍摄图像1后，图像数据解算设备130根据图像1拍摄的位置和角度，计算出下一个拍摄地点B的位置和角度，当检测到作业人员进行拍摄的下一个地点不在地点B的范围内时，则系统输出指引信息，提醒作业人员此时拍摄的位置与角度与拍摄地点B的偏差，从而指引作业人员调整好拍摄的位置和角度。

在其中一个实施例中，所述图像数据解算设备130，还用于：根据设定的作业范围和作业路径，控制所述摄像机120和所述RTK设备110进行拍摄测量工作。图像数据解算设备130预先设置有不同类型的近景摄影控制程序，通过控制程序控制近景摄影测量系统中的摄像机120和RTK设备110，根据设定的作业范围和路径自动进行摄影测量。若在拍摄过程监测到摄像机120的摆拍位置和速度不符合要求，则输出指引信息指引作业人员进行相应的调整。

在其中一个实施例中，所述RTK设备110包括姿态传感器；所述姿态传感器用于获取摄像机120拍摄的横滚角、俯仰角和航向角等，横滚角、俯仰角和航向角分别表示摄像机进行摄影时摄像头调整的角度。

在其中一个实施例中，所述图像数据解算设备130为触摸屏终端。该触摸屏终端为高清触摸屏终端，主要用于连接和控制RTK设备110和摄像机120，并通过获取摄像机120和RTK设备110采集的数据进行计算测量，从而控制近景摄影测量系统的测量作业。触摸屏终端内置系统不受限制，可以是WINDOWS、ANDROID或IOS中任意一种。

如图2所示，图2为一实施例近景摄影测量方法的流程示意图，包括：

步骤S21，获取拍摄目标对象各个角度的图像，对所述图像进行特征信息提取，得到每张图像对应的特征信息和外方位信息。

上述步骤中，目标对象为进行近景测量的物体；图像的特征包括图像的颜色特征、纹理特征、形状特征和空间关系特征等；外方位信息为添加在图像上的目标对象的绝对位置信息，包括全球定位系统坐标和姿态信息；其中，姿态信息为图像拍摄的角度，包括：横滚角、俯仰角和航向角。

步骤S22，根据所述特征信息，对所述图像进行特征匹配，确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系。

上述步骤中，提取图像的特征信息后，根据图像拍摄的时间以及设定的匹配规则，对相关联的两张图像进行特征匹配，直至匹配完所有的拍摄的图像，从而可以根据特征匹配的结果，得到图像所对应的摄影对象之间的相对位置关系。

步骤S23，根据所述图像的外方位信息和所述相对位置关系，对所述目标对象进行测量计算，得到所述目标对象的测量信息。

其中，测量信息包括目标对象大小、形状和几何位置的信息等。

上述近景测量方法，首先获取拍摄的目标对象的图像后，对图像进行特征提取，得到图像对应的特征信息和增加在图像中的外方位信息；然后根据特征信息计算拍摄的目标对象间的相对位置关系；最后根据外方位信息和相对位置关系，对目标对象进行测量计算，得到所述目标对象的测量信息，不仅减少了在近景摄影测量中需要布设像控点来获取图像的外方位信息的工作量，提高作业效率，结合图像的特征信息和图像的外方位信息，弥补图像的特征信息不能获取目标对象的绝对位置信息以及图像的外方位信息容易受环境影响的问题，大大提高近景测量的精确性。

在其中一个实施例中，所述对所述图像进行特征匹配，确定所述图像中拍摄目标间的相对位置关系的步骤，包括：根据设定的匹配顺序，依次对所述图像中所有的图像进行两两图像特征匹配，得到所述图像间相匹配的特征信息；根据所述特征信息，计算所述图像间的特征相似度，并根据所述特征相似度确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系。

在其中一个实施例中，在得到所述目标对象的测量信息的步骤之后，还包括：对所述拍摄的目标对象的测量进行测量平差，得到所述拍摄目标对象精确的测量信息。其中，测量平差用于消除测量数据存在的误差，以提高测量结果的精度。

如图3所示，图3为一实施例近景摄影测量装置的结构示意图，包括：

特征提取模块310，用于获取拍摄目标对象各个角度的图像，对所述图像进行特征信息提取，得到每张图像对应的特征信息和外方位信息。

其中，目标对象为进行近景测量的物体；图像的特征包括图像的颜色特征、纹理特征、形状特征和空间关系特征等；外方位信息为添加在图像上的目标对象的绝对位置信息，包括全球定位系统坐标和姿态信息；其中，姿态信息为图像拍摄的角度，包括：横滚角、俯仰角和航向角。

位置关系获取模块320，用于根据所述特征信息，对所述图像进行特征匹配，确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系。

提取图像的特征信息后，根据图像拍摄的时间以及设定的匹配规则，对相关联的两张图像进行特征匹配，直至匹配完所有的拍摄的图像，从而可以根据特征匹配的结果，得到图像所对应的摄影对象之间的相对位置关系。

测量信息获取模块330，其中根据所述图像的外方位信息和所述相对位置关系，对所述目标对象进行测量计算，得到所述目标对象的测量信息。其中，测量信息包括目标对象大小、形状和几何位置的测量等。

上述近景测量装置，首先通过特征提取模块310获取拍摄的目标对象的图像后，对图像进行特征提取，得到图像对应的特征信息和增加在图像中的外方位信息；然后通过位置关系获取模块320根据特征信息，计算拍摄的目标对象间的相对位置关系；最后通过测量信息获取模块330，根据外方位信息和相对位置关系，对目标对象进行测量计算，得到所述目标对象的测量信息，从而弥补图像的特征信息不能获取目标对象的绝对位置信息以及图像的外方位信息容易受环境影响的问题，大大提高近景测量的精确性。

在其中一个实施例中，所述位置关系获取模块320用于，根据设定的匹配顺序，依次对所述图像中所有的图像进行两两图像特征匹配，得到所述图像间相匹配的特征信息；根据所述特征信息，计算所述图像间的特征相似度，并根据所述特征相似度确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系。

在其中一个实施例中，所述近景测量模块还包括：数据优化模块，用于对所述拍摄的目标对象的测量信息进行测量平差，得到所述拍摄目标对象精确的测量信息。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器410、存储器420和网络接口430。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统440和计算机程序450。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机设备还包括显示屏460.该计算机程序被处理器执行时以实现一种近景摄影测量方法。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

获取拍摄目标对象各个角度的图像，对所述图像进行特征信息提取，得到每张图像对应的特征信息和外方位信息；

根据所述特征信息，对所述图像进行特征匹配，确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系；

根据所述图像的外方位信息和所述相对位置关系，对所述目标对象进行测量计算，得到所述目标对象的测量信息。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

根据设定的匹配顺序，依次对所述图像中所有的图像进行两两图像特征匹配，得到所述图像间相匹配的特征信息；根据所述特征信息，计算所述图像间的特征相似度，并根据所述特征相似度确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

对所述拍摄的目标对象的测量信息进行测量平差，得到所述拍摄目标对象精确的测量信息。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取拍摄目标对象各个角度的图像，对所述图像进行特征信息提取，得到每张图像对应的特征信息和外方位信息；

根据所述特征信息，对所述图像进行特征匹配，确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系；

根据所述图像的外方位信息和所述相对位置关系，对所述目标对象进行测量计算，得到所述目标对象的测量信息。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

根据设定的匹配顺序，依次对所述图像中所有的图像进行两两图像特征匹配，得到所述图像间相匹配的特征信息；根据所述特征信息，计算所述图像间的特征相似度，并根据所述特征相似度确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

对所述拍摄的目标对象的测量信息进行测量平差，得到所述拍摄目标对象精确的测量信息。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种近景摄影测量系统，其特征在于，包括：摄像机、RTK设备和图像数据解算设备；所述RTK设备为一种地理信息测量设备，用于获取拍摄目标对象的外方位信息；

所述RTK设备通过结构件与所述摄像机进行连接；所述图像数据解算系统分别与所述RTK设备和所述摄像机连接；

所述摄像机用于拍摄目标对象的图像,将所述图像发送至所述图像数据解算设备；所述RTK设备通过内置的传感器，获取每张拍摄图像的外方位信息，将所述外方位信息发送至所述图像数据解算设备；所述图像数据解算设备获取拍摄目标对象各个角度的图像，对所述图像进行特征信息提取，得到每张图像对应的特征信息和外方位信息，根据所述特征信息，对所述图像进行特征匹配，确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系；根据所述图像的外方位信息和所述相对位置关系，对所述目标对象进行测量计算，得到所述目标对象的测量信息，所述目标对象的测量信息至少包括目标对象的大小、形状和几何位置；

其中，所述图像的特征信息至少包括图像的颜色特征、形状特征和空间关系特征；

其中，摄像机与RTK设备的位置相对固定，RTK设备测量的地理位置数据与摄像机所处位置的地理位置数据同步，且在摄像机拍照的瞬间，对RTK设备实时测量的地理位置数据进行转换，得到摄像机拍摄的图像的外方位信息。

2.根据权利要求1所述的近景摄影测量系统，其特征在于，所述图像数据解算设备，还用于：

根据已拍摄的图像，检测当前拍摄图像的拍摄角度。

3.根据权利要求2所述的近景摄影测量系统，其特征在于，所述图像数据解算设备，还用于：

将所述当前拍摄图像的拍摄角度与设定的拍摄角度进行比较，得到所述当前拍摄图像的角度偏差值；根据所述角度偏差值输出相应的操作指引信息。

4.根据权利要求3所述的近景摄影测量系统，其特征在于，所述图像数据解算设备，还用于：

根据设定的作业范围和作业路径，控制所述摄像机和所述RTK设备进行拍摄测量工作。

5.根据权利要求4所述的近景摄影测量系统，其特征在于，所述RTK设备包括姿态传感器；所述姿态传感器用于获取摄像机拍摄的横滚角、俯仰角和航向角。

6.根据权利要求1至5任一所述的近景摄影测量系统，其特征在于，所述图像数据解算设备为触摸屏终端。

7.一种近景摄影测量方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的近景摄影测量系统，所述方法包括：

获取拍摄目标对象各个角度的图像，对所述图像进行特征信息提取，得到每张图像对应的特征信息和外方位信息；

根据所述特征信息，对所述图像进行特征匹配，确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系；

根据所述图像的外方位信息和所述相对位置关系，对所述目标对象进行测量计算，得到所述目标对象的测量信息。

8.根据权利要求7所述的近景摄影测量方法，其特征在于，所述对所述图像进行特征匹配，确定所述图像中拍摄目标间的相对位置关系的步骤，包括：

根据设定的匹配顺序，依次对所述图像中所有的图像进行两两图像特征匹配，得到所述图像间相匹配的特征信息；

根据所述特征信息，计算所述图像间的特征相似度，并根据所述特征相似度确定所述图像中拍摄的目标对象间的相对位置关系。

9.根据权利要求7所述的近景摄影测量方法，其特征在于，在得到所述目标对象的测量信息的步骤之后，还包括：

对所述拍摄的目标对象的测量信息进行测量平差，得到所述拍摄目标对象精确的测量信息。

10.根据权利要求7至9任一所述的近景摄影测量方法，其特征在于，所述外方位信息包括：全球定位系统坐标和姿态信息；所述姿态信息包括：横滚角、俯仰角和航向角。

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