CN113324528A - 已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统 - Google Patents

已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113324528A
CN113324528A CN202110539490.2A CN202110539490A CN113324528A CN 113324528 A CN113324528 A CN 113324528A CN 202110539490 A CN202110539490 A CN 202110539490A CN 113324528 A CN113324528 A CN 113324528A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
equation
coordinates
camera
quaternion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110539490.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113324528B (zh
Inventor
付建红
孟庆祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN202110539490.2A priority Critical patent/CN113324528B/zh
Publication of CN113324528A publication Critical patent/CN113324528A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113324528B publication Critical patent/CN113324528B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/04—Interpretation of pictures
    • G01C11/06—Interpretation of pictures by comparison of two or more pictures of the same area
    • G01C11/28—Special adaptation for recording picture point data, e.g. for profiles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/04—Interpretation of pictures
    • G01C11/06—Interpretation of pictures by comparison of two or more pictures of the same area
    • G01C11/08—Interpretation of pictures by comparison of two or more pictures of the same area the pictures not being supported in the same relative position as when they were taken

Abstract

本发明提供一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法及系统，进行摄站位置三维坐标获取，包括测量获得影像拍摄时摄站的三维坐标；对拍摄的目标点图像，量测在影像上的二维坐标；引入单位四元数构建影像空间到物方空间的旋转矩阵；相对定向获取物方三维坐标初始值，对单位四元数构建的旋转矩阵求微分，建立关于单位四元数的误差方程式；建立单位四元数约束条件方程，附带有限定条件的区域网平差，包括利用附带有限定条件的间接平差方法进行迭代计算，求解目标点三维坐标。本发明的实施毋需布设影像控制点，减少了区域网平差时对摄影坐未知数的求解，方法简单易行，测量速度快，减少了作业时间，极大提高了测量作业效率。

Description

已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统
技术领域
本发明涉及摄影测量和视觉测量几何定位技术领域，尤其涉及已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统。
背景技术
获取目标的几何位置是摄影测量和视觉测量中关键问题之一。其原理主要是利用摄像机，通过获取被测量目标的图像，经处理后而得到被摄物体的几何和位置信息，主要优势在于具有非接触性、速度快、可同时获取众多观测目标、精度高等特点。已经在地形测量、工业测量、城市三维建模、考古(古文物、古建筑等)、生物医学等众多领域得到应用。但其主要的缺陷在于，仅仅利用图像构建的测量目标在绝对位置、尺寸大小、相互距离等几何信息方面都是相对的，即利用图像构建的三维模型与实际物体是相似的，但存在整体的三维旋转和一个尺寸大小比例缩放。要想得到被测目标的绝对几何信息，就要依赖与外部控制点，摄影测量中称为影像控制点(已知其在影像上的二维坐标和对应物方的三维坐标)。
获取影像控制点的做法是利用其它测量工具(GNSS测量方法、全站仪、激光扫描仪、激光跟踪仪等)，对少量被测目标点进行三维坐标测量，将其作为外部控制，对构建的三维模型进行三维旋转和一定的比例缩放，从而得到观测目标的绝对几何信息。而影像控制点的获取是非常繁琐的事情，一般先要在被测目标前建立三维控制场，然后对目标点逐一进行观测。
这种做法工作量大、作业进度慢，后期数据处理也较为复杂，需要求解的未知量包括目标点的三维坐标和拍摄每张像片时候摄像机的位置、姿态(6个外方位元素)，一般通过光束法区域网平差求解。
因此，本领域亟待更有效率的技术方案出现。
发明内容
本发明的技术特点在于针对现有技术的不足，提供一种已知摄站位置的近景摄影测量目标定位技术方案。
为了实现上述目的，本发明的技术方案提供一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，在没有影像控制点的条件下执行包括以下步骤：
步骤1、摄站位置三维坐标获取，包括测量获得影像拍摄时摄站的三维坐标；
步骤2、目标点图像坐标量测，包括对拍摄的目标点图像，量测在影像上的二维坐标；
步骤3、基于单位四元数的旋转矩阵构建，包括引入单位四元数q0，qx，qy，qz构建影像空间到物方空间的旋转矩阵；
步骤4、相对定向获取物方三维坐标初始值，包括在已知摄站位置的情况下，利用影像的相对位置关系，使同名光线相交于一点得到物方三维坐标初始值；
步骤5、四元数误差方程式建立，包括对单位四元数构建的旋转矩阵求微分，建立关于单位四元数的误差方程式；
步骤6、建立单位四元数约束条件方程，包括由单位四元数满足平方和为1的限定条件，求微分以后得到约束条件方程；
步骤7、附带有限定条件的区域网平差，包括利用附带有限定条件的间接平差方法进行迭代计算，求解目标点三维坐标。
而且，步骤1中摄站位置三维坐标获取方式如下，
将摄影测量相机与三个全反射棱镜以刚体连接，保证相机与三个棱镜之间的相对距离不变，使用前先在室内标定场将相机到三个反射棱镜的几何距离标定出来；使用时利用安置在一固定位置的全站仪观测三个棱镜的坐标，同时利用相机拍摄目标，则拍摄时刻摄站位置的三维坐标由距离交会计算得到。
而且，步骤2中目标点图像坐标量测实现方式如下，
将拍摄的目标图像逐一导入，对待量测的目标，获取在图像坐标系中的坐标，图像坐标系以图像左上角为原点；在多张影像上出现的同一目标点均分别进行量测。
而且，步骤3中基于单位四元数的旋转矩阵构建实现方式如下，
Figure BDA0003071144640000021
其中，R为引入单位四元数q0，qx，qy，qz表示的旋转矩阵。
而且，步骤4中相对定向获取物方三维坐标初始值时，量测3对同名像点以后，利用同名光线相交于一点的共面条件方程，计算物方点的初始坐标。
而且，步骤5中建立四元数误差方程式实现如下，
采用共线条件方程描述的非线性相机成像模型，表达式为：
Figure BDA0003071144640000031
其中，x0，y0，f为相机的内方位元素；(XS，YS，ZS)为摄站坐标；(X，Y，Z)为物方空间坐标；(x，y)为像点坐标；Rij为单位四元数构成的旋转矩阵R中第i行第j列元素，i,j＝1,2,3；Δx，Δy为畸变改正量，畸变改正量表示为：
Figure BDA0003071144640000032
式中，k1，k2，k3为径向畸变参数；p1，p2为离心畸变参数；b1，b2为剪切畸变和吸引畸变参数；
Figure BDA0003071144640000033
r为像点坐标(x，y)到像主点(x0，y0)的径向距离；
根据式(一)对式(二)进行线性化，得误差方程式为：
Figure BDA0003071144640000034
其中，vx,vy为像点坐标改正值，dq0,dqx,dqy,dqz为单位四元数改正值，a11,a12,a13,a14,a21,a22,a23,a24为单位四元数改正值系数；
dX,dY,dZ为物方坐标改正值，b11,b12,b13,b21,b22,b23为物方坐标改正值系数，lx,ly为误差方程式常数项。
而且，步骤6中建立单位四元数约束条件方程实现如下，
单位四元数满足以下约束条件，
Figure BDA0003071144640000035
对上式线性化，得约束条件方程为：
q0dq0+qxdqx+qydqy+qzdqz+w＝0 (六)
其中，
Figure BDA0003071144640000036
其中，w为单位四元数约束条件微分后的常数项。
而且，步骤7中附带有限定条件的区域网平差方法实现如下，
如果某一物方点位于n张影像上，则对每张影像上的像点坐标建立如式(四)所示的误差方程式，用矩阵形式表示为：
Figure BDA0003071144640000041
其中，矩阵中各元素
Figure BDA0003071144640000042
Figure BDA0003071144640000043
dX＝[dX dY dZ]T；
Figure BDA0003071144640000044
本步骤中上标k用于标识第k张影像的相应参数；
按间接平差方法对式(八)进行法化得法方程为：
Figure BDA0003071144640000045
其中，矩阵中各元素
Figure BDA0003071144640000046
Figure BDA0003071144640000047
对式(九)采用消元法消去坐标未知数改正数，只保留像片单位四元数参数得，
Figure BDA0003071144640000048
基于式(六)、式(十)得到用矩阵形式表示的附有限制条件的间接平差模型：
Figure BDA0003071144640000049
其中，V为单位四元数误差方程改正值矩阵，A为单位四元数改正值系数矩阵，L为单位四元数误差方程常数矩阵，B为单位四元数约束方程系数矩阵，W为单位四元数约束方程常数矩阵；
利用每个目标点量测的像点坐标，在每个图像点都建立误差方程之后，基于式(十一)进行平差方法求解改正数，并对物理坐标初始值进行改正；如果改正值小于预设的阈值，停止计算，得到目标点的三维坐标；
如果改正值大于等于阈值，则由平差后的相机参数，重新按照步骤5到步骤7进行迭代，再次判断计算出的改正值大小，直到满足小于预设的阈值。
另一方面，本发明还提供一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位系统，用于实现如上所述的一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法。
而且，包括以下模块，
第一模块，用于摄站位置三维坐标获取，包括测量获得影像拍摄时摄站的三维坐标；
第二模块，用于目标点图像坐标量测，包括对拍摄的目标点图像，量测在影像上的二维坐标；
第三模块，用于基于单位四元数的旋转矩阵构建，包括引入单位四元数q0，qx，qy，qz构建影像空间到物方空间的旋转矩阵；
第四模块，用于相对定向获取物方三维坐标初始值，包括在已知摄站位置的情况下，利用影像的相对位置关系，使同名光线相交于一点得到物方三维坐标初始值；
第五模块，用于四元数误差方程式建立，包括对单位四元数构建的旋转矩阵求微分，建立关于单位四元数的误差方程式；
第六模块，用于建立单位四元数约束条件方程，包括由单位四元数满足平方和为1的限定条件，求微分以后得到约束条件方程；
第七模块，用于附带有限定条件的区域网平差，包括利用附带有限定条件的间接平差方法进行迭代计算，求解目标点三维坐标。
本发明的方案毋需布设影像控制点，减少了区域网平差时对摄影坐标未知数的求解，方法简单易行，测量速度快，减少了作业时间，极大提高了测量作业效率。
本发明方案实施简单方便，实用性强，解决了相关技术存在的实用性低及实际应用不便的问题，能够提高用户体验，具有重要的市场价值。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例具体说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明实施例提供的一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，可在在没有影像控制点的条件下实现目标定位，包括以下步骤：
步骤1.摄站位置三维坐标获取；
具体实施时，可通过已有的测量方法，获得影像拍摄时摄站的三维坐标。
实施例采用的优选实现方式为，将摄影测量相机与三个全反射棱镜以刚体连接，保证相机与三个棱镜之间的相对距离不变，使用前先在室内标定场将相机到三个反射棱镜的几何距离标定出来。使用时利用安置在一固定位置的全站仪观测三个棱镜的坐标，同时利用相机拍摄目标，则拍摄时刻摄站位置的三维坐标即可用距离交会计算出来，具体计算方程为：
Figure BDA0003071144640000061
式中，(XC,YC,ZC)为摄站位置三维坐标；(Xi,Yi,Zi)为全站仪观测的三个棱镜的三维坐标，i＝1,2,3；Dic为摄站位置到三个棱镜的几何距离，由标定场标定出来作为已知值。
步骤2.目标点图像坐标量测；
具体实施时，对拍摄的目标点图像，通过已有软件量测其在影像上的二维坐标。
将拍摄的目标图像逐一导入量测软件，对待量测的目标，获取其在图像坐标系中的坐标，所述图像坐标系以图像左上角为原点。在多张影像上出现的同一目标点均要进行量测。
步骤3.基于单位四元数的旋转矩阵构建；
由于地面近景摄影测量方法获取的相片属于大倾角影像，如果基于欧拉角构建影像空间到物方空间的旋转矩阵，会因为迭代不收敛而导致算法失败，所以采用了单位四元数描述旋转矩阵的方法。引入单位四元数q0，qx，qy，qz表示旋转矩阵为：
Figure BDA0003071144640000062
其中，R为引入单位四元数q0，qx，qy，qz表示的旋转矩阵。
步骤4.相对定向获取物方三维坐标初始值；
实施例中，在已知摄站位置的情况下，利用影像的相对位置关系，使同名光线相交于一点得到物方三维坐标初始值。
由于摄站位置已知，相邻两张图像之间距离固定，则只需要估算相邻两张图像之间的姿态即可。其原理利用同名光线相交于一点的共面条件方程
Figure BDA0003071144640000063
其中，(BX,BY,BZ)为相邻两摄站三维坐标差，(xL,yL)为左像片量测的图像坐标，(XR,YR,ZR)为右像片量测的图像坐标所计算的像空间辅助坐标，计算方法为
Figure BDA0003071144640000064
(xR,yR)为右像片量测的图像坐标，f为摄影机主距，R右为右像片相对于左像片的旋转矩阵，当量测了3对同名像点以后即可对方程(2)进行求解，进而计算物方点的初始坐标。
步骤5.四元数误差方程式构建；
采用共线条件方程描述的非线性相机成像模型，表达式为：
Figure BDA0003071144640000071
其中，x0，y0，f为相机的内方位元素；(XS，YS，ZS)为摄站坐标；(X，Y，Z)为物方空间坐标；(x，y)为像点坐标；Rij(i,j＝1,2,3)为单位四元数构成的旋转矩阵R中第i行第j列元素；Δx，Δy为畸变改正量，通常情况下，数码相机标定方法采用的是函数畸变差模型，即主要是径向和切向畸变。如果考虑相机主光轴与CCD阵列非正交，还要引入剪切畸变和吸引畸变参数，因此，畸变改正量可以表示为：
Figure BDA0003071144640000072
式中，k1，k2，k3为径向畸变参数；p1，p2为离心畸变参数；b1，b2为剪切畸变和吸引畸变参数；r为像点坐标(x，y)到像主点(x0，y0)的径向距离，计算公式为
Figure BDA0003071144640000073
Figure BDA0003071144640000074
根据式(1)对式(3)进行线性化，可得误差方程式为：
Figure BDA0003071144640000075
其中，vx,vy为像点坐标改正值，dq0,dqx,dqy,dqz为单位四元数改正值，a11,a12,a13,a14,a21,a22,a23,a24为单位四元数改正值系数；
dX,dY，dZ为物方坐标改正值，b11,b12,b13,b21,b22,b23为物方坐标改正值系数，lx,ly为误差方程式常数项。
步骤6.建立四元数约束条件方程；
本步骤由单位四元数满足平方和为1的限定条件，求微分以后得到约束条件方程；
由于单位四元数满足约束条件：
Figure BDA0003071144640000076
对式(6)线性化，可得约束条件方程为：
q0dq0+qxdqx+qydqy+qzdqz+w＝0 (7)
其中，w为单位四元数约束条件微分后的常数项。
Figure BDA0003071144640000081
步骤7.附带有限定条件的区域网平差；
本步骤利用附带有限定条件的间接平差方法进行迭代计算，求解目标点三维坐标。
如果某一物方点位于n张影像上，则对每张影像上的像点坐标建立如式(5)所示的误差方程式，用矩阵形式表示为：
Figure BDA0003071144640000082
其中，矩阵中各元素
Figure BDA0003071144640000083
Figure BDA0003071144640000084
dX＝[dX dY dZ]T；
Figure BDA0003071144640000085
本步骤中上标k用于标识第k张影像的相应参数。
按间接平差方法对式(9)进行法化可得法方程为：
Figure BDA0003071144640000086
其中，矩阵中各元素
Figure BDA0003071144640000087
Figure BDA0003071144640000088
其中，上标T表示矩阵的转置。
对式(10)采用消元法消去坐标未知数改正数，只保留像片单位四元数参数可得：
Figure BDA0003071144640000089
基于式(7)、式(11)可得到用矩阵形式表示的附有限制条件的间接平差模型：
Figure BDA00030711446400000810
其中，V为单位四元数误差方程改正值矩阵，A为单位四元数改正值系数矩阵，L为单位四元数误差方程常数矩阵，B为单位四元数约束方程系数矩阵，W为单位四元数约束方程常数矩阵。
利用每个目标点量测的像点坐标，在每个图像点都建立误差方程之后，基于式(12)进行平差方法求解改正数，并对物理坐标初始值进行改正。根据预设的阈值(根据精度要求，阈值范围可设定为0.1mm)，判断改正值的大小，如果改正值小于预设的阈值，停止计算，得到目标点的三维坐标。
如果改正值大于等于阈值，则由平差后的相机参数，重新按照步骤5到步骤7进行迭代，再次判断计算出的改正值大小，直到满足小于预设的阈值。
具体实施时，本发明技术方案提出的方法可由本领域技术人员采用计算机软件技术实现自动运行流程，实现方法的系统装置例如存储本发明技术方案相应计算机程序的计算机可读存储介质以及包括运行相应计算机程序的计算机设备，也应当在本发明的保护范围内。
在一些可能的实施例中，提供一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位系统，包括以下模块，
第一模块，用于摄站位置三维坐标获取，包括测量获得影像拍摄时摄站的三维坐标；
第二模块，用于目标点图像坐标量测，包括对拍摄的目标点图像，量测在影像上的二维坐标；
第三模块，用于基于单位四元数的旋转矩阵构建，包括引入单位四元数q0，qx，qy，qz构建影像空间到物方空间的旋转矩阵；
第四模块，用于相对定向获取物方三维坐标初始值，包括在已知摄站位置的情况下，利用影像的相对位置关系，使同名光线相交于一点得到物方三维坐标初始值；
第五模块，用于四元数误差方程式建立，包括对单位四元数构建的旋转矩阵求微分，建立关于单位四元数的误差方程式；
第六模块，用于建立单位四元数约束条件方程，包括由单位四元数满足平方和为1的限定条件，求微分以后得到约束条件方程；
第七模块，用于附带有限定条件的区域网平差，包括利用附带有限定条件的间接平差方法进行迭代计算，求解目标点三维坐标。
在一些可能的实施例中，提供一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位系统，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法。
在一些可能的实施例中，提供一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位系统，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上所述的一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，其特征在于，在没有影像控制点的条件下执行包括以下步骤：
步骤1、摄站位置三维坐标获取，包括测量获得影像拍摄时摄站的三维坐标；
步骤2、目标点图像坐标量测，包括对拍摄的目标点图像，量测在影像上的二维坐标；
步骤3、基于单位四元数的旋转矩阵构建，包括引入单位四元数q0，qx，qy，qz构建影像空间到物方空间的旋转矩阵；
步骤4、相对定向获取物方三维坐标初始值，包括在已知摄站位置的情况下，利用影像的相对位置关系，使同名光线相交于一点得到物方三维坐标初始值；
步骤5、四元数误差方程式建立，包括对单位四元数构建的旋转矩阵求微分，建立关于单位四元数的误差方程式；
步骤6、建立单位四元数约束条件方程，包括由单位四元数满足平方和为1的限定条件，求微分以后得到约束条件方程；
步骤7、附带有限定条件的区域网平差，包括利用附带有限定条件的间接平差方法进行迭代计算，求解目标点三维坐标。
2.根据权利要求1所述的已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，其特征在于：步骤1中摄站位置三维坐标获取方式如下，
将摄影测量相机与三个全反射棱镜以刚体连接，保证相机与三个棱镜之间的相对距离不变，使用前先在室内标定场将相机到三个反射棱镜的几何距离标定出来；使用时利用安置在一固定位置的全站仪观测三个棱镜的坐标，同时利用相机拍摄目标，则拍摄时刻摄站位置的三维坐标由距离交会计算得到。
3.根据权利要求1所述的已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，其特征在于：步骤2中目标点图像坐标量测实现方式如下，
将拍摄的目标图像逐一导入，对待量测的目标，获取在图像坐标系中的坐标，图像坐标系以图像左上角为原点；在多张影像上出现的同一目标点均分别进行量测。
4.根据权利要求1或2或3所述的已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，其特征在于：步骤3中基于单位四元数的旋转矩阵构建实现方式如下，
Figure FDA0003071144630000021
其中，R为引入单位四元数q0，qx，qy，qz表示的旋转矩阵。
5.根据权利要求4所述的已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，其特征在于：步骤4中相对定向获取物方三维坐标初始值时，
量测3对同名像点以后，利用同名光线相交于一点的共面条件方程，计算物方点的初始坐标。
6.根据权利要求4所述的已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，其特征在于：步骤5中建立四元数误差方程式实现如下，
采用共线条件方程描述的非线性相机成像模型，表达式为：
Figure FDA0003071144630000022
其中，x0，y0，f为相机的内方位元素；(XS，YS，ZS)为摄站坐标；(X，Y，Z)为物方空间坐标；(x，y)为像点坐标；Rij为单位四元数构成的旋转矩阵R中第i行第j列元素，i，j＝1，2，3；Δx，Δy为畸变改正量，畸变改正量表示为：
Figure FDA0003071144630000023
式中，k1，k2，k3为径向畸变参数；p1，p2为离心畸变参数；b1，b2为剪切畸变和吸引畸变参数；
Figure FDA0003071144630000024
r为像点坐标(x，y)到像主点(x0，y0)的径向距离；
根据式(一)对式(二)进行线性化，得误差方程式为：
Figure FDA0003071144630000025
其中，vx，vy为像点坐标改正值，dq0，dqx，dqy，dqz为单位四元数改正值，a11，a12，a13，a14，a21，a22，a23，a24为单位四元数改正值系数；
dX，dY，dZ为物方坐标改正值，b11，b12，b13，b21，b22，b23为物方坐标改正值系数，lx，ly为误差方程式常数项。
7.根据权利要求6所述的已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，其特征在于：步骤6中建立单位四元数约束条件方程实现如下，
单位四元数满足以下约束条件，
Figure FDA0003071144630000031
对上式线性化，得约束条件方程为：
q0dq0+qxdqx+qydqy+qzdqz+w＝0 (六)
其中，
Figure FDA0003071144630000032
其中，w为单位四元数约束条件微分后的常数项。
8.根据权利要求7所述的已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，其特征在于：步骤7中附带有限定条件的区域网平差方法实现如下，
如果某一物方点位于n张影像上，则对每张影像上的像点坐标建立如式(四)所示的误差方程式，用矩阵形式表示为：
Figure FDA0003071144630000033
其中，矩阵中各元素
Figure FDA0003071144630000034
Figure FDA0003071144630000035
k＝1，2，...，n，本步骤中上标k用于标识第k张影像的相应参数；
按间接平差方法对式(八)进行法化得法方程为：
Figure FDA0003071144630000036
其中，矩阵中各元素
Figure FDA0003071144630000037
Figure FDA0003071144630000038
k＝1，2，...，n；
对式(九)采用消元法消去坐标未知数改正数，只保留像片单位四元数参数得，
Figure FDA0003071144630000039
基于式(六)、式(十)得到用矩阵形式表示的附有限制条件的间接平差模型：
Figure FDA0003071144630000041
其中，V为单位四元数误差方程改正值矩阵，A为单位四元数改正值系数矩阵，L为单位四元数误差方程常数矩阵，B为单位四元数约束方程系数矩阵，W为单位四元数约束方程常数矩阵；
利用每个目标点量测的像点坐标，在每个图像点都建立误差方程之后，基于式(十一)进行平差方法求解改正数，并对物理坐标初始值进行改正；如果改正值小于预设的阈值，停止计算，得到目标点的三维坐标；
如果改正值大于等于阈值，则由平差后的相机参数，重新按照步骤5到步骤7进行迭代，再次判断计算出的改正值大小，直到满足小于预设的阈值。
9.一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位系统，其特征在于：用于实现如权利要求1-8任一项所述的一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法。
10.根据权利要求9所述已知摄影位置的近景摄影测量目标定位系统，其特征在于：包括以下模块，
第一模块，用于摄站位置三维坐标获取，包括测量获得影像拍摄时摄站的三维坐标；
第二模块，用于目标点图像坐标量测，包括对拍摄的目标点图像，量测在影像上的二维坐标；
第三模块，用于基于单位四元数的旋转矩阵构建，包括引入单位四元数q0，qx，qy，qz构建影像空间到物方空间的旋转矩阵；
第四模块，用于相对定向获取物方三维坐标初始值，包括在已知摄站位置的情况下，利用影像的相对位置关系，使同名光线相交于一点得到物方三维坐标初始值；
第五模块，用于四元数误差方程式建立，包括对单位四元数构建的旋转矩阵求微分，建立关于单位四元数的误差方程式；
第六模块，用于建立单位四元数约束条件方程，包括由单位四元数满足平方和为1的限定条件，求微分以后得到约束条件方程；
第七模块，用于附带有限定条件的区域网平差，包括利用附带有限定条件的间接平差方法进行迭代计算，求解目标点三维坐标。
CN202110539490.2A 2021-05-18 2021-05-18 已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统 Active CN113324528B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110539490.2A CN113324528B (zh) 2021-05-18 2021-05-18 已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110539490.2A CN113324528B (zh) 2021-05-18 2021-05-18 已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113324528A true CN113324528A (zh) 2021-08-31
CN113324528B CN113324528B (zh) 2023-04-07

Family

ID=77415830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110539490.2A Active CN113324528B (zh) 2021-05-18 2021-05-18 已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113324528B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114046779A (zh) * 2021-11-24 2022-02-15 散裂中子源科学中心 基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法
CN114092563A (zh) * 2021-10-25 2022-02-25 南京航空航天大学 一种基于t-mac的摄影测量光束法平差优化方法
CN114608540A (zh) * 2022-03-17 2022-06-10 中国科学院紫金山天文台 一种数字摄影测量系统的测量网型确定方法
CN116821570A (zh) * 2023-05-24 2023-09-29 上海勘测设计研究院有限公司 用于明渠图像正向校正的系数估算方法、装置、终端及介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102519436A (zh) * 2011-12-28 2012-06-27 武汉大学 一种ce-1立体相机与激光高度计数据联合平差方法
CN103673995A (zh) * 2013-11-29 2014-03-26 航天恒星科技有限公司 一种线阵推扫式相机在轨光学畸变参数标定方法
CN108444452A (zh) * 2018-02-11 2018-08-24 武汉雄楚高晶科技有限公司 目标经纬度和拍摄装置的三维空间姿态的检测方法及装置
CN110285827A (zh) * 2019-04-28 2019-09-27 武汉大学 一种距离约束的摄影测量高精度目标定位方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102519436A (zh) * 2011-12-28 2012-06-27 武汉大学 一种ce-1立体相机与激光高度计数据联合平差方法
CN103673995A (zh) * 2013-11-29 2014-03-26 航天恒星科技有限公司 一种线阵推扫式相机在轨光学畸变参数标定方法
CN108444452A (zh) * 2018-02-11 2018-08-24 武汉雄楚高晶科技有限公司 目标经纬度和拍摄装置的三维空间姿态的检测方法及装置
CN110285827A (zh) * 2019-04-28 2019-09-27 武汉大学 一种距离约束的摄影测量高精度目标定位方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114092563A (zh) * 2021-10-25 2022-02-25 南京航空航天大学 一种基于t-mac的摄影测量光束法平差优化方法
CN114046779A (zh) * 2021-11-24 2022-02-15 散裂中子源科学中心 基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法
CN114046779B (zh) * 2021-11-24 2023-10-03 散裂中子源科学中心 基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法
CN114608540A (zh) * 2022-03-17 2022-06-10 中国科学院紫金山天文台 一种数字摄影测量系统的测量网型确定方法
CN114608540B (zh) * 2022-03-17 2023-06-16 中国科学院紫金山天文台 一种数字摄影测量系统的测量网型确定方法
CN116821570A (zh) * 2023-05-24 2023-09-29 上海勘测设计研究院有限公司 用于明渠图像正向校正的系数估算方法、装置、终端及介质
CN116821570B (zh) * 2023-05-24 2024-05-07 上海勘测设计研究院有限公司 用于明渠图像正向校正的系数估算方法、装置、终端及介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN113324528B (zh) 2023-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113324528B (zh) 已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统
CN110296691B (zh) 融合imu标定的双目立体视觉测量方法与系统
CN108765328B (zh) 一种高精度多特征平面模板及其畸变优化和标定方法
CN105469405B (zh) 基于视觉测程的同时定位与地图构建方法
US20090154793A1 (en) Digital photogrammetric method and apparatus using intergrated modeling of different types of sensors
WO2015096508A1 (zh) 一种模型约束下的在轨三维空间目标姿态估计方法及系统
CN109708649B (zh) 一种遥感卫星的姿态确定方法及系统
WO2021004416A1 (zh) 一种基于视觉信标建立信标地图的方法、装置
CN109727278B (zh) 一种机载LiDAR点云数据与航空影像的自动配准方法
CN111709985B (zh) 一种基于双目视觉的水下目标测距方法
CN106705849A (zh) 线结构光传感器标定方法
CN113096183B (zh) 一种基于激光雷达与单目相机的障碍物检测与测量方法
CN115375842A (zh) 一种植株三维重建方法、终端及存储介质
CN107560603A (zh) 一种无人机倾斜摄影测量系统及测量方法
Frohlich et al. Absolute pose estimation of central cameras using planar regions
Zheng et al. Registration of optical images with LiDAR data and its accuracy assessment
Fritsch et al. Multi-sensors and multiray reconstruction for digital preservation
CN113947638A (zh) 鱼眼相机影像正射纠正方法
CN113963067B (zh) 一种采用小靶标对大视场视觉传感器进行标定的标定方法
CN111815712B (zh) 一种高精度的相机-单激光仪联合标定方法
CN105783881B (zh) 空中三角测量的方法和装置
Maria et al. A photogrammetric method for single image orientation and measurement
Wu Photogrammetry: 3-D from imagery
Ivanov et al. Estimation of the height and angles of orientation of the upper leaves in the maize canopy using stereovision
CN117197333A (zh) 基于多目视觉的空间目标重构与位姿估计方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant