CN111415295A - 一种倾斜摄影三维模型的拍摄分辨率正射图生成方法 - Google Patents

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Abstract

一种倾斜摄影三维模型的拍摄分辨率正射图生成方法，能够从任意三维模型中生成拍摄分辨率正摄图。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，对生成的三维模型的大小进行测量，将测量得到的模型长宽高数据保存；然后，利用三维模型、XML文件、模型长宽高数据计算三维模型的分辨率；最后，利用计算得到分辨率生成正摄图。本方法的优点是能够自动从由倾斜摄影照片建模的三维模型中生成拍摄分辨率正摄图，最为重要的是生成的正摄图精度高，为技术人员评估模型的可靠性、精确性、可用性提供了有力保证。

Description

一种倾斜摄影三维模型的拍摄分辨率正射图生成方法
技术领域
本发明涉及三维模型的拍摄分辨率计算及正摄图生成，特别是可应用于倾斜摄影三维模型的拍摄分辨率正射图生成。
背景技术
照片建模作为一种新兴的三维实景建模技术，通过利用数学方法,依靠相关的软件处理系统，重建出三维模型，而依靠照片建模得到的模型,在空间结构上与真实物体相似度极高。
在大型三维模型中，三维模型的拍摄分辨率正射图是评估模型可靠性、精确性、可用性的有效指标，如何精确生成模型拍摄分辨率正摄图成为了一个新的难题。
发明内容
为了生成三维模型的拍摄分辨率正摄图，本发明提供了一种从照片和三维模型中生成拍摄分辨率正摄图的方法，用以解决生成三维模型拍摄分辨率正摄图问题。
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三维模型和记录相机参数的XML文件。
步骤2、对生成的三维模型的大小进行测量，将测量得到的模型长宽高数据保存。
步骤3、利用三维模型、XML文件、模型长宽高数据计算三维模型的分辨率。
步骤4、利用计算得到分辨率生成正摄图。
进一步，所述步骤2的三维模型大小测量会预先建立三维直角坐标系，三维直角坐标系有利于测量单位的规范化。
进一步，所述步骤3的三维模型分辨率计算会对三维模型进行遍历，遍历将保证三维模型每一处的拍摄分辨率都能得到计算，从而准确的生成正摄图。
进一步，步骤3中进行的遍历的次数为模型的长乘以模型宽所得的积，该积便是模型的最大遍历次数，取最大次数保证不会遗漏模型的每一处。
进一步，步骤3的遍历的同时会对模型进行反投影计算，反投影的主要作用是检查当前遍历的三维点是否在相机的视野内，保证正摄图的可靠性。
进一步，步骤3的遍历起始点在三维直角坐标系XOY平面的左上方，终点在三维直角坐标系XOY平面的右下方，遍历方向为X轴正方向，规范化起点、终点、遍历方向将统一不同模型的分辨率正摄图，使得正摄图规范化。
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，自动的生成三维模型的拍摄分辨率正摄图，将分辨率数据可视化表示。
本发明的优点在于：结合三维模型和二维照片，利用投影转换，为三维模型到分辨率图的转换提供了桥梁，通过正摄图，技术人员能准确的计算XOY平面上的每一处分辨率，为评估模型的可靠性、精确性、可用性提供了有力保证。
附图说明
图1为三维模型分辨率计算流程图
图2为距离计算流程图
图3为反投影判断流程图
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3，一种三维模型的分辨率计算方法的具体流程：如图1所示。
步骤1、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。
步骤2、对生成的三维模型的大小进行测量，将测量得到的模型长宽高数据保存。
步骤3、利用三维模型、XML文件、模型长宽高数据计算三维模型的分辨率，首先定义屏幕水平方向为X轴，屏幕垂直方向为Y轴，以模型的左上角为原点对模型在XOY平面上从X轴增加方向开始遍历，遍历每次在X轴方向上步进1个单位得到一个点，每当遍历一个点时，得到一个(X,Y)坐标，将此二维坐标扩展为(X,Y,Z)三维坐标，其中XY不变，Z为上一步测量得到的模型的高，以(X,Y,Z)为起始点在Z轴竖直向下方向作射线，射线与三维相交于模型上一点(X0,Y0,Z0)，利用三维空间距离公式和反投影公式从XML文件中找出距离(X0,Y0,Z0)最近且拍摄到该点的无人机高度H1，最终根据分辨率公式可以计算出模型(X0,Y0,Z0)处的分辨率大小，依次遍历，可得到所有XOY平面上的三维模型的分辨率。分辨率计算的公式为：
GSD＝H*a/f
H＝H1-Z0
其中GSD表示分辨率，H为相对航高，由相机高度H1减去模型高度Z0得到，f为摄影镜头的焦距，a为传感器尺寸的大小。
反投影的主要作用是检查此三维点是否在相机的视野内，其公式为：
x＝F.D(Π(O.R(X-C)))+x0
若三维坐标(X0,Y0,Z0)反投影后的二维坐标在照片尺寸内，说明该张照片拍摄到了该三维坐标点。
其中，X为模型三维坐标(X0,Y0,Z0)，x为反投影后的二维照片坐标，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大小的相机的轴矩阵，F为相机矩阵，其中
Figure BDA0002414222810000041
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 BDA0002414222810000042
Figure BDA0002414222810000043
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 BDA0002414222810000051
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文件中的畸变参数。
步骤4、利用计算得到分辨率通过C++图像库生成正摄图。
进一步，所述步骤2的三维模型大小测量会预先建立三维直角坐标系，三维直角坐标系有利于测量单位的规范化。
进一步，所述步骤3的三维模型分辨率计算会对三维模型进行遍历，遍历将保证三维模型每一处的拍摄分辨率都能得到计算，从而准确的生成正摄图。
进一步，步骤3中进行的遍历的次数为模型的长乘以模型宽所得的积，该积便是模型的最大遍历次数，取最大次数保证不会遗漏模型的每一处。
进一步，步骤3的遍历的同时会对模型进行反投影计算，反投影的主要作用是检查当前遍历的三维点是否在相机的视野内，保证正摄图的可靠性。
进一步，步骤3的遍历起始点在三维直角坐标系XOY平面的左上方，终点在三维直角坐标系XOY平面的右下方，遍历方向为X轴正方向，规范化起点、终点、遍历方向将统一不同模型的分辨率正摄图，使得正摄图规范化。
本发明的有益结果表现：针对大规模的三维模型的分辨率计算，利用三维模型和无人机照片，能准确的计算XOY平面上的每一处分辨率，为评估模型的可靠性、精确性、可用性提供了有力保证。
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 (6)

1.一种倾斜摄影三维模型的拍摄分辨率正射图生成方法，包括以下步骤：
步骤1、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；
步骤2、对生成的三维模型的大小进行测量，将测量得到的模型长宽高数据保存；
步骤3、利用三维模型、XML文件、模型长宽高数据计算三维模型的分辨率；
步骤4、利用计算得到分辨率生成正摄图。
2.如权利要求1所述的一种无人机倾斜摄影的地面分辨率计算方法，其特征在于：步骤2所述的三维模型大小测量会预先建立三维直角坐标系。
3.如权利要求1所述的一种无人机倾斜摄影的地面分辨率计算方法，其特征在于：步骤3所述的三维模型分辨率计算会对三维模型进行遍历。
4.如权利要求3所述的一种无人机倾斜摄影的地面分辨率计算方法，其特征在于：遍历的次数为模型的长乘以模型宽所得的积。
5.如权利要求3所述的一种无人机倾斜摄影的地面分辨率计算方法，其特征在于：遍历的同时会对模型进行反投影计算。
6.如权利要求3所述的一种无人机倾斜摄影的地面分辨率计算方法，其特征在于：遍历起始点在三维直角坐标系XOY平面的左上方，终点在三维直角坐标系XOY平面的右下方，遍历方向为X轴正方向。
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