CN111707238A - 一种生成航空数字正射影像图的方法及系统 - Google Patents

一种生成航空数字正射影像图的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生成航空数字正射影像图的方法及系统，所述方法包括，根据新空中三角测量成果，获取多张航空像片的外方位元素；将具有相邻位置关系的所述航空像片进行特征点匹配，计算所述特征点的三维坐标，根据所述三维坐标构建数字高程模型；根据所述数字高程模型和所述多张航空像片的外方位元素，对每张航空像片进行单片微分纠正，以生成多张单片数字正射影像图；将所述多张单片数字正射影像图进行拼接和分裁，得到航空数字正射影像图。本发明提供的生成航空数字正射影像图的方法，通过空中三角测量，将像片控制点转为历史航空影像成果内业加密生成，减少外业像片控制测量的工作量，提高了航空数字正射影像图生产的效率。

Description

一种生成航空数字正射影像图的方法及系统
技术领域
本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及一种生成航空数字正射影像图的方法及系统。
背景技术
数字正射影像图图是对航空航天像片进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像图集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像。数字正射影像图图具有精度高、信息丰富、直观逼真、获取快捷等优点，可作为地图分析背景控制信息，也可从中提取自然资源和社会经济发展的历史信息或最新信息，为防治灾害和公共设施建设规划等应用提供可靠依据；还可从中提取和派生新的信息，实现地图的修测更新。
目前，常规的航空数字正射影像图生产方法中，往往采用野外像片控制点测量，即在航空像片上选取明显的地物点，在实地测量其平面和高程坐标；但是野外像片控制测量需要投入大量的时间成本和人力成本，并且野外测量容易出现人为偶然误差，导致返工，进而从整体上制约了航空数字正射影像图的生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生成航空数字正射影像图的方法及系统，通过空中三角测量，将像片控制点转为历史航空影像成果内业加密生成，减少外业像片控制测量的工作量，提高了航空数字正射影像图生产的效率。
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种生成航空数字正射影像图的方法，包括：
根据新空中三角测量成果，获取多张航空像片的外方位元素；
将具有相邻位置关系的所述航空像片进行特征点匹配，计算所述特征点的三维坐标，根据所述三维坐标构建数字高程模型；
根据所述数字高程模型和所述多张航空像片的外方位元素，对每张航空像片进行单片微分纠正，以生成多张单片数字正射影像图；
将所述多张单片数字正射影像图进行拼接和分裁，得到航空数字正射影像图。
进一步地，生成所述新空中三角测量成果的步骤，包括：
对历史航空数字正射影像图、历史空中三角测量成果及待生产的新航空像片进行数据分析，根据所述数据分析的结果划分区域网，以得到多个局部区域网；
为所述待生产的新航空像片匹配连接点，生成自由网空中三角测量成果；
根据每个所述局部区域网的要求，在所述历史航空数字正射影像图、所述历史空中三角测量成果及所述自由网空中三角测量成果中，选取相同的地物特征点作为内业加密像控点；
通过平差解算得到所述历史空中三角测量成果的特征点的三维坐标，将所述三维坐标导入到所述自由网空中三角测量成果中，以得到所述内业加密像控点的坐标；
对所述内业加密像控点坐标进行平差解算，得到新空中三角测量成果。
进一步地，所述根据所述三维坐标构建数字高程模型，具体为：将所述三维坐标进行加密内插构建数字高程模型。
进一步地，所述将所述多张单片数字正射影像图进行拼接和分裁，得到航空数字正射影像图，具体为：将单片数字正射影像图进行拼接形成整幅的航空数字正射影像图，对所述整幅的航空数字正射影像图进行分幅裁切，得到航空数字正射影像图。
进一步地，所述内业加密像控点的布设要求，包括：
采用区域网布点方案，对所有内业加密像控点均布设成双点；所述区域网的图形呈矩形；
连接点在航线方向的跨度小于等于20条基线，个别困难地区小于等于25条基线；连接点在航线旁向的跨度小于等于4条航线，个别困难地区小于等于6条航线。
进一步地，所述内业加密像控点的布设要求，还包括：
在两期影像无变化的平地区域或在两期影像无变化的矮平房房角或明显边界处进行布设，选取地物时如果同名点处于某像片边缘，对像片不进行点位测量；
进一步地，所述内业加密像控点的布设要求，还包括：
当航向重叠正常，旁向衔接错开小于10％，航高差小于等于平均相对航高的1/50以内时，视为同一航线选点；
当航向重叠度小于53％时被视为航摄漏洞，当没有绝对漏洞时，以所述航摄漏洞为界分段选点，且分别向所述航摄漏洞的两端外延进行补充；
当个别旁向第一重叠部分大于750个像素且小于1500个像素，在所述第一重叠部分补选1个或2个内业加密像控点；
当第二重叠部分小于等于750个像素的像片小于等于2张，且没有绝对漏洞时，在所述第二重叠部分补选2个或3个内业加密像控点，对上下航线外延进行补充；
选点为水滨或岛屿时，在符合条件的像对布设2到4个内业加密像控点；
在区域网中补飞航线结合处加选1个内业加密像控点。
本发明实施例还提供了一种生成航空数字正射影像图的系统，包括：
像片外方位元素获取单元，用于根据新空中三角测量成果，获取多张航空像片的外方位元素；
数字高程模型构建单元，用于将具有相邻位置关系的所述航空像片进行特征点匹配，计算所述特征点的三维坐标，根据所述三维坐标构建数字高程模型；
影像图生成单元，用于根据所述数字高程模型和所述多张航空像片的外方位元素，对每张航空像片进行单片微分纠正，以生成多张单片数字正射影像图；
影像图处理单元，用于将所述多张单片数字正射影像图进行拼接和分裁，得到航空数字正射影像图。
本发明实施例还提供了一种计算机终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述实施例所述的生成航空数字正射影像图的方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的生成航空数字正射影像图的方法。
相对于现有技术，本发明实施例通过空中三角测量，将像片控制点转为历史航空影像成果内业加密生成，减少外业像片控制测量的工作量，提高了航空数字正射影像图生产的效率。
附图说明
图1是本发明某一实施例提供的生成航空数字正射影像图的方法的流程示意图；
图2是本发明某一实施例提供的生成新空中三角测量结果的流程示意图；
图3是本发明某一实施例提供的生成航空数字正射影像图的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所表述的小程序只是用于实现本发明所保护方法的一种方式，当然还可以通过利用程序编辑的网页、app等其他方式来执行所述方法，在此不对执行主体进行限制。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本发明某一实施例提供的一种生成航空数字正射影像图的方法，包括：
S10、根据新空中三角测量成果，获取多张航空像片的外方位元素；
本步骤中，需要说明的是，空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密点的高程和平面位置的测量方法。其主要目的是为缺少野外控制点的地区测图提供绝对定向的控制点。空中三角测量一般分为两种：模拟空中三角测量即光学机械法空中三角测量；解析空中三角测量即俗称的电算加密。模拟空中三角测量是在全能型立体测量仪器(如多倍仪)上进行的空中三角测量。它是在仪器上恢复与摄影时相似或相应的航线立体模型，根据测图需要选定加密点，并测定其高程和平面位置。
S20、将具有相邻位置关系的所述航空像片进行特征点匹配，计算所述特征点的三维坐标，根据所述三维坐标构建数字高程模型；
本步骤中，特征点匹配是影像匹配技术中的关键，一个图像的特征点通常由两部分构成：关键点(Keypoint)和描述子(Descriptor)；关键点指的是该特征点在图像中的位置，有些还具有方向、尺度信息；描述子通常是一个向量，按照人为的设计的方式，描述关键点周围像素的信息。通常，描述子是按照外观相似的特征应该有相似的描述子设计的。在进行特征点匹配时，为了能进行更好、精度更高的匹配，通常需要找出一种能够在相机进行移动和旋转(视角发生变化)，仍然能够保持不变的特征，利用这些不变的特征来找出不同视角的图像中的同一个物体，例如图像中的SIFT、SURF、ORB等特征。
需要说明的是，数字高程模型(Digital Elevation Model)，简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model，简称DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。通常，DTM用来描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。
S30、根据所述数字高程模型和所述多张航空像片的外方位元素，对每张航空像片进行单片微分纠正，以生成多张单片数字正射影像图；
其中，单片微分纠正时利用像片外方位元素和数字高程模型将影像纠正数字正射影像图，通过利用像片的DEM(数字高程模型)值进行重采样消除其地形起伏带来的变形；单片微分纠正原理可概括为通过对单张像片的外定向计算消除由摄影倾斜带来的影响。
S40、将所述多张单片数字正射影像图进行拼接和分裁，得到航空数字正射影像图。
这一步主要是对多张单片数字正射影像图进行处理，其中，影像拼接是将单张像片的正射影像拼接为完整的影像图；影像裁切是将完整的影像图按照规定的分幅方式裁切存储。
本发明实施例通过利用空中三角测量，将像片控制点转为历史航空影像成果内业加密生成，减少外业像片控制测量的工作量，提高了航空数字正射影像图生产的效率。
请参阅图2，本发明某一实施例提供生成新空中三角测量成果的步骤，包括：
首先，对历史航空数字正射影像图、历史空中三角测量成果及待生产的新航空像片进行数据分析，根据所述数据分析的结果划分区域网，以得到多个局部区域网；由于地形地貌的不规则，区域网划分的目的是根据拍摄地的地形地貌特征，将整体区域进行划分，以得到多个有相同特征的局部区域，方便后续的测量工作。
然后为待生产的新航空像片匹配连接点，生成自由网空中三角测量成果；
接着，由于刚才已划分好局部区域网，可根据根据每个局部区域网的要求，在历史航空数字正射影像图、历史空中三角测量成果及自由网空中三角测量成果中，选取相同的地物特征点作为内业加密像控点；紧接着计算内业加密像控点的坐标：本实施例主要通过平差解算得到历史空中三角测量成果的特征点的三维坐标，将三维坐标导入到自由网空中三角测量成果中，以得到内业加密像控点的坐标；最后这些坐标再进行平差解算，得到新空中三角测量成果。其中，平差解算目的在于消除测量误差，以提高测量结果的精度。
本发明某一实施例中，所述根据所述三维坐标构建数字高程模型，具体为：将所述三维坐标进行加密内插构建数字高程模型。
本发明某一实施例中，内业加密像控点的布设要求，包括：
a)内业加密像控点采用区域网布点方案，所有内业加密像控点均布设成双点。连接点在航线方向的跨度一般不超过20条基线，个别困难地区不超过25条基线；旁向跨度一般不超过4条航线，个别困难地区不超过6条航线。
b)内业加密像控点一般选取在两期影像无变化的平地区域，如没有合适的点位，可选取在两期影像无变化的矮平房房角或明显边界处，选取地物时如果同名点处于某像片边缘，则该像片不进行点位测量。
c)区域网的图形宜呈矩形。当受地形等条件限制时，可采用不规则区域网布点，在凸角转折处应选取内业加密像控点。
d)当遇到像主点、标准点位落水，水滨和岛屿地区等特殊情况，不能按正常情况选取内业加密像控点时，视具体情况以满足空中三角测量和成图要求为原则选取内业加密像控点，点位在像片上的条件可适当放宽。
e)两航摄分区使用同一航摄仪，航向重叠正常，旁向衔接错开小于10％，航高差在平均相对航高的1/50以内时，可视为同一航线选点。否则，内业加密像控点应选在航摄分区分界的重叠部分内，相邻航线应尽可能公用，如果不能公用，应分别选点，并注意避免产生控制漏洞。
f)航向重叠度小于53％被视为航摄漏洞，且没有绝对漏洞的情况下，应以漏洞为界分段选点，漏洞部分分别利用两端适当外延进行补充。
g)个别旁向重叠大于750个像素且小于1500个像素，且影像清晰时，应在该重叠部分补选1-2个内业加密像控点。如果不能满足上述要求，重叠不大于750个像素的像片不超过2张，且不存在绝对漏洞的情况下，应在该重叠部分补选2-3个内业加密像控点，从上下航线适当外延进行补充。
h)像主点或标准点位处于水域内，或被云影、阴影、雪影等覆盖，或无明显地物，但落水范围的大小和位置不影响立体模型连接时，可按正常航线选点。
i)水滨和岛屿地区的选点，海岛(礁)以能最大限度控制测绘面积、方位、高程为原则，凡有合适条件的像对尽可能布设2-4个内业加密像控点。
j)区域网中补飞航线结合处的选点应保证连接精度，一般可在结合处加选1个内业加密像控点。
请参阅图3，本发明某一实施例还提供了一种生成航空数字正射影像图的系统，包括：
像片外方位元素获取单元10，用于根据新空中三角测量成果，获取多张航空像片的外方位元素；
数字高程模型构建单元20，用于将具有相邻位置关系的所述航空像片进行特征点匹配，计算所述特征点的三维坐标，根据所述三维坐标构建数字高程模型；
影像图生成单元30，用于根据所述数字高程模型和所述多张航空像片的外方位元素，对每张航空像片进行单片微分纠正，以生成多张单片数字正射影像图；
影像图处理单元40，用于将所述多张单片数字正射影像图进行拼接和分裁，得到航空数字正射影像图。
本发明实施例还提供了一种计算机终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述实施例所述的生成航空数字正射影像图的方法。
需要说明的是，处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述任一项实施例所述的生成航空数字正射影像图的方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
计算机终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述任一项实施例所述的生成航空数字正射影像图的方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
本发明实施例还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述任一项实施例所述的生成航空数字正射影像图的方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由计算机终端设备的处理器执行以完成上述任一项实施例所述的生成航空数字正射影像图的方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生成航空数字正射影像图的方法，其特征在于，包括：
根据新空中三角测量成果，获取多张航空像片的外方位元素；
将具有相邻位置关系的所述航空像片进行特征点匹配，计算所述特征点的三维坐标，根据所述三维坐标构建数字高程模型；
根据所述数字高程模型和所述多张航空像片的外方位元素，对每张航空像片进行单片微分纠正，以生成多张单片数字正射影像图；
将所述多张单片数字正射影像图进行拼接和分裁，得到航空数字正射影像图。
2.根据权利要求1所述的生成航空数字正射影像图的方法，其特征在于，生成所述新空中三角测量成果的步骤，包括：
对历史航空数字正射影像图、历史空中三角测量成果及待生产的新航空像片进行数据分析，根据所述数据分析的结果划分区域网，以得到多个局部区域网；
为所述待生产的新航空像片匹配连接点，生成自由网空中三角测量成果；
根据每个所述局部区域网的要求，在所述历史航空数字正射影像图、所述历史空中三角测量成果及所述自由网空中三角测量成果中，选取相同的地物特征点作为内业加密像控点；
通过平差解算得到所述历史空中三角测量成果的特征点的三维坐标，将所述三维坐标导入到所述自由网空中三角测量成果中，以得到所述内业加密像控点的坐标；
对所述内业加密像控点坐标进行平差解算，得到新空中三角测量成果。
3.根据权利要求1所述的生成航空数字正射影像图的方法，其特征在于，所述根据所述三维坐标构建数字高程模型，具体为：将所述三维坐标进行加密内插构建数字高程模型。
4.根据权利要求1所述的生成航空数字正射影像图的方法，其特征在于，所述将所述多张单片数字正射影像图进行拼接和分裁，得到航空数字正射影像图，具体为：将单片数字正射影像图进行拼接形成整幅的航空数字正射影像图，对所述整幅的航空数字正射影像图进行分幅裁切，得到航空数字正射影像图。
5.根据权利要求2所述的生成航空数字正射影像图的方法，其特征在于，所述内业加密像控点的布设要求，包括：
采用区域网布点方案，对所有内业加密像控点均布设成双点；所述区域网的图形呈矩形；
连接点在航线方向的跨度小于等于20条基线，个别困难地区小于等于25条基线；连接点在航线旁向的跨度小于等于4条航线，个别困难地区小于等于6条航线。
6.根据权利要求2所述的生成航空数字正射影像图的方法，其特征在于，所述内业加密像控点的布设要求，还包括：
在两期影像无变化的平地区域或在两期影像无变化的矮平房房角或明显边界处进行布设，选取地物时如果同名点处于某像片边缘，对像片不进行点位测量。
7.根据权利要求2所述的生成航空数字正射影像图的方法，其特征在于，所述内业加密像控点的布设要求，还包括：
当航向重叠正常，旁向衔接错开小于10％，航高差小于等于平均相对航高的1/50以内时，视为同一航线选点；
当航向重叠度小于53％时被视为航摄漏洞，当没有绝对漏洞时，以所述航摄漏洞为界分段选点，且分别向所述航摄漏洞的两端外延进行补充；
当个别旁向第一重叠部分大于750个像素且小于1500个像素，在所述第一重叠部分补选1个或2个内业加密像控点；
当第二重叠部分小于等于750个像素的像片小于等于2张，且没有绝对漏洞时，在所述第二重叠部分补选2个或3个内业加密像控点，对上下航线外延进行补充；
选点为水滨或岛屿时，在符合条件的像对布设2到4个内业加密像控点；
在区域网中补飞航线结合处加选1个内业加密像控点。
8.一种生成航空数字正射影像图的系统，其特征在于，包括：
像片外方位元素获取单元，用于根据新空中三角测量成果，获取多张航空像片的外方位元素；
数字高程模型构建单元，用于将具有相邻位置关系的所述航空像片进行特征点匹配，计算所述特征点的三维坐标，根据所述三维坐标构建数字高程模型；
影像图生成单元，用于根据所述数字高程模型和所述多张航空像片的外方位元素，对每张航空像片进行单片微分纠正，以生成多张单片数字正射影像图；
影像图处理单元，用于将所述多张单片数字正射影像图进行拼接和分裁，得到航空数字正射影像图。
9.一种计算机终端设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至7任一项所述的生成航空数字正射影像图的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的生成航空数字正射影像图的方法。
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