CN111307119B - 一种针对倾斜摄影的像素级空间信息记录方法 - Google Patents

一种针对倾斜摄影的像素级空间信息记录方法 Download PDF

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Abstract

一种针对倾斜摄影的像素级空间信息记录方法，能够从任意无人机拍摄的倾斜摄影照片中记录像素级别的空间信息。该方法包括以下步骤：首先，利用三维软件将照片生成为三维模型和记录相机参数的XML文件；其次，对倾斜摄影照片的所有二维像素点进行反投影；最后，根据反投影结果计算并记录经度、纬度、高度信息，本方法的优点是能够自动从倾斜摄影照片中自动化计算出经度、纬度、高度信息并记录，最为重要的是利用了坐标转换的矫正方法，对空间信息记录的准确性有很好的保证。

Description

一种针对倾斜摄影的像素级空间信息记录方法
技术领域
本发明涉及一种无人机倾斜摄影的像素级别空间信息记录方法，特别是可应用于无人机倾斜摄影领域实现倾斜摄影照片的像素级空间信息的记录。
背景技术
无人机倾斜摄影作为一种新兴的航空摄影技术，颠覆了传统测绘的作业方式。该技术通过无人机低空多位镜头摄影获取高清晰立体影像数据，自动生成三维地理信息模型，快速实现地理信息的获取。
无人机倾斜摄影在拍摄时会同时获取照片的曝光时间、平面位置、航高、大地高、飞行姿态等数据，最终在每张照片的TIFF标签内记录照片的整体空间信息。
当前无人拍摄的照片像素可达千万甚至上亿级别，仅仅利用无人机照片的整体空间信息无法全面地表示照片中的每一个像素点的具体空间信息。但是，无人机照片中像素级别的空间信息对于检索地理信息又至关重要。因此，如何记录倾斜摄影照片中像素级别的空间信息成为了一个新的难题。
发明内容
为了记录倾斜摄影的像素级别的空间信息，本发明提供了一种计算倾斜摄影照片的像素点与GPS、高度对应关系的方法，用以解决像素级的空间信息记录问题。
该方法的具体步骤如下：
步骤1、利用三维软件将照片生成为同时记录三维模型和记录相机参数的XML文件，其中包括对倾斜摄影照片的所有二位像素点进行反投影，将倾斜摄影照片中的每一个二维像素点投影至三维模型中，其中公式为：
F·D(П(O·R(X-C)))＝x-x0
其中，X为投影后的三维坐标，x为输入像素点的二维坐标，x0为照片的主点，C是表示相机中心位置的三维列向量，R是表示相机旋转的3×3旋转矩阵，O是一个3×3大小的相机轴矩阵，F为相机矩阵，其中
Figure GDA0003869642880000021
f为相机的焦距，s为倾斜参数，p为像素比率，Π为透视投影函数，函数的定义如下：
Figure GDA0003869642880000022
u,v,w分别为函数中的三个参数,D为畸变方程，方程的定义为：
Figure GDA0003869642880000023
其中r2＝u2+v2，u,v分别为方程中的两个参数，k1，k2，k3，P1，P2为XML文件中记录的相机畸变参数；
步骤2、根据反投影结果计算并记录经度、纬度、高度信息。
进一步，所述步骤1的反投影会建立三维空间坐标系，三维空间系有利于统一不同倾斜摄影反投影之间的单位。
进一步，所述步骤1的反投影的结果是三维空间坐标系中的坐标点。
进一步，所述步骤2的空间信息计算方法，将三维直角坐标系上的X、Y、Z转换为世界标系上的经度、纬度、高度，通过转换，便可生成可记录的空间信息。
本发明的技术构思是：利用三维软件生成的三维模型和XML文件，提供了一种新型的像素级空间信息记录方法，为快速检索检索地理信息提供了数据基础。
本发明的优点在于：结合三维模型和二维照片，利用二维、三维投影为二维到三维的计算提供了桥梁，利用坐标转换的矫正方法，对空间信息记录的准确性有很好的保证。
附图说明
图1为逐像素空间信息记录流程图
图2为二维、三维投影流程图
图3为空间信息计算流程图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方案并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
参照图1、图2、图3，一种针对倾斜摄影的像素级空间信息记录方法具体流程：如图1所示。
利用三维软件将照片生成为三维模型和记录相机参数的XML文件。
对倾斜摄影照片的所有二维像素点进行反投影，将倾斜摄影照片中的每一个二维像素点投影至三维模型中，其中公式为：
F·D(Π(O·R(X-C)))＝x-x0
其中，X为投影后的三维坐标，x为输入像素点的二维坐标，x0为照片的主点，C是表示相机中心位置的三维列向量，R是表示相机旋转的3×3旋转矩阵，O是一个3×3大小的相机轴矩阵，F为相机矩阵，其中
Figure GDA0003869642880000041
f为相机的焦距，s为倾斜参数，p为像素比率，Π为透视投影函数，函数的定义如下：
Figure GDA0003869642880000042
u,v,w分别为函数中的三个参数,D为畸变方程，方程的定义为：
Figure GDA0003869642880000043
其中r2＝u2+v2，u,v分别为方程中的两个参数，k1，k2，k3，P1，P2为XML文件中记录的相机畸变参数。
根据反投影结果计算并记录经度、纬度、高度信息，投影转换完成后，得到三维点X(x,y,z)，此三维点便是二维像素在三维模型上的映射点，其中x表示该像素点在三维空间上x轴方向上距离原点的距离，y表示该像素点在三维空间上y轴方向上距离原点的距离，z表示该像素点在三维空间上z轴方向上距离原点的距离，即高度，进行计算，再利用XYZ转经纬度公式计算出经纬度，公式如下：
Figure GDA0003869642880000044
Figure GDA0003869642880000051
其中Latitude为经度，lap为指定输入的经度参数，ola为XML文件中的模型原点的经度，Longitude为纬度，lop为指定输入的纬度参数，Pi为圆周率π，olo为XML文件中的模型原点的纬度。
进一步，所述步骤2的反投影会建立三维空间坐标系，三维空间系有利于统一不同倾斜摄影反投影之间的单位。
进一步，反投影的结果是三维空间坐标系中的坐标点。
进一步，将三维直角坐标系上的X、Y、Z转换为世界标系上的经度、纬度、高度，通过转换，便可生成可记录的空间信息。
本发明的有益结果表现：针对大规模的无人机倾斜摄影的像素级别的空间信息记录，利用三维模型和倾斜摄影照片，进行自动化的信息记录，并且利用坐标转换等矫正方法，对空间信息记录的准确性有很好的保证。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种针对倾斜摄影的像素级空间信息记录方法，包括以下步骤：
步骤1、利用三维软件将照片生成为同时记录三维模型和记录相机参数的XML文件，其中包括对倾斜摄影照片的所有二位像素点进行反投影，将倾斜摄影照片中的每一个二维像素点投影至三维模型中，其中公式为：
F·D(Π(O·R(X-C)))＝x-x0
其中，X为投影后的三维坐标，x为输入像素点的二维坐标，x0为照片的主点，C是表示相机中心位置的三维列向量，R是表示相机旋转的3×3旋转矩阵，O是一个3×3大小的相机轴矩阵，F为相机矩阵，其中
Figure FDA0003388050100000011
f为相机的焦距，s为倾斜参数，p为像素比率，Π为透视投影函数，函数的定义如下：
Figure FDA0003388050100000012
u，v，w分别为函数中的三个参数，D为畸变方程，方程的定义为：
Figure FDA0003388050100000013
其中r2＝u2+v2，u，v分别为方程中的两个参数，k1，k2，k3，P1，P2为XML文件中记录的相机畸变参数；
步骤2、根据反投影结果计算并记录经度、纬度、高度信息。
2.如权利要求1所述的一种针对倾斜摄影的像素级空间信息记录方法，其特征在于：步骤1所述的反投影会建立三维空间坐标系。
3.如权利要求2所述的一种针对倾斜摄影的像素级空间信息记录方法，其特征在于：步骤1所述的反投影的结果是三维空间坐标系中的坐标点。
4.如权利要求2所述的一种针对倾斜摄影的像素级空间信息记录方法，其特征在于：步骤2的空间信息计算方法，将三维直角坐标系上的X、Y、Z转换为世界标系上的经度、纬度、高度。
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