CN113362439A - 基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，涉及测绘科学与技术领域。航拍设备采集原始相片数据；对原始相片数据进行空中三角测量处理，将空中三角测量处理后的数据进行三维重建，得到稠密点云中间成果数据和高精细度白模型；通过高精细度白模型的顶面数据进行纹理映射，输出顶面无透视影像作为真正射影像数据；采用稠密点云中间成果数据生成数字表面模型；将数字表面模型数据与真正射影像数据进行融合，得到带全范围高程数据的新真正射影像；带全范围高程数据的新真正射影像可以兼容其他真正射影像工具的导入和使用，并且解决真正射数据高程信息表现不足的缺陷，可以大大增加摄影测量成果的利用价值和使用范围。

Description

基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法

技术领域

本发明属于测绘科学与技术领域，尤其涉及一种基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法。

背景技术

传统的数字正摄影测量是从1997年才大规模开展的，历经将十余年的发展，在我国大部分发达城市都实现了正射影像覆盖，尤其在广东、江浙地区，以正射影像为主的数字摄影测量产品在各个相关行业得到了广泛应用。

但是，随着影像获取手段的不断发展和各需求部门对影像的更高要求，越来越多的大比例尺正射影像进入了生产领域。但是大比例尺对航空摄影和内业生产都有很多新挑战。在城市区域，影像的拼接和接边区域地物的过渡实现起来十分困难，建筑物密集地区高大建筑物对地表信息造成了遮挡。为了适应这种要求，有关专家提出了真正射的概念，在国际上，真正射影像已经在很多范围得到了应用，并正在越来越多的被业内人士关注。

数字正射影像是国家空间数据基础设施（NSDI）、城市空间基础数据设施（USDI）和城市基础地理信息的核心载体。尽管传统真正射影像包含了地图几何精度和影像特征，所表达的信息具有良好的判读性、可量测性和现势性，但是它无法提供三维高程信息。传统数字正射影像是利用数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM），采用数字微分纠正技术，改正原始影像的几何变形，对整个测区进行影像重采样后，使影像视角被纠正为垂直视角而形成的影像图。这种传统的纠正技术在城市以外区域数据纠正效果较好，但在城市范围区域高层建筑会存在投影差和图像拼接接边困难问题。将矢量数据与正射影像进行叠加，会出现道路线横穿建筑物以及建筑物矢量轮廓无法与其自身叠合等问题。

倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，该技术通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。它不仅能够真实地反映地物情况，高精度地获取物方纹理信息，还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维城市模型。该技术在欧美等发达国家已经广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收等行业。

本专利基于倾斜摄影测量技术生成的数字真正射影像融合数字表面模型作为一种新的数字测绘产品，同时具有几何精度、影像特征和高程，信息量大，内容丰富，直观真实，应用前景十分广阔。且在制成的城市大比例尺真正射影像图的情况下高层建筑、高架公路、高速公路、立交桥以及大型桥梁等也不会存在任何投影差，一体成图无图像拼接困难问题。

数字真正射影像融合数字表面模型数据可为城市规划、土地、环境、测绘、电力、电信、煤气等部门提供精确、直观、信息丰富、现势性强的基础地理数据，丰富规划、设计、管理的手段与方法，提高管理效率。同时为城市各种地理信息系统提供新型数字测绘产品，充分发挥地理信息系统的作用，为整个城市的建设、管理以及经的发展作出贡献。

关于“真正射影像融合数字表面模型数据的方法”，在已经公开的发明专利“真平方正射影像制作方法”（中国专利申请号：201911038995.X，公开号CN 110866971 A），涉及到真正射与其他数据的融合，但只是仅限于部分房屋数据。缺点是高程数据获取方式未知。本专利是全范围区域的DSM数据融合，获取真正射影像全区域的高程数据融合。而且还是同时期的数据，高程与真正射地面的地物状态一一吻合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，从而解决了现有真正射数据高程信息表现不足的缺陷的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，包括以下步骤：

航拍设备根据航拍规则采集原始相片数据；

对所述原始相片数据进行空中三角测量处理恢复像片姿态，并将中三角测量后的数据进行三维重建，得到同时相和同范围坐标系的稠密点云中间成果数据和高精细度白模型；

通过所述高精细度白模型的顶面数据进行纹理映射，得到无任何透视畸变的真正射影像数据；

采用所述稠密点云中间成果数据生成数字表面模型；

将所述数字表面模型的数据与真正射影像数据进行融合，得到带全范围高程数据的新真正射影像。

进一步的，所述真正射影像数据和数字表面模型的数据存储格式均为TIFF。

进一步的，对所述新真正射影像进行高程着色，得到高程着色的真正射影像结合图。

进一步的，对所述新真正射影像进行高程着色，得到高程着色的真正射影像结合图具体为：对所述新真正射影像进行高程分层设色着色或者设置按固定高程段彩着色，并设置高程着色图层透明度，得到高程着色的真正射影像结合图。

进一步的，所述高程着色的真正射影像结合图能在城市违建监察中应用。

进一步的，对所述新真正射影像中大于设定高度的特殊高程范围数据进行标识，识别不同的地物类型。

进一步的，所述设定高度为1m。

进一步的，对所述新真正射影像中大于设定高度的特殊高程范围数据进行标识，识别不同的地物类型，包括以下步骤：

通过读取所述新真正射影像中高程最大值和高程最小值，将所述新真正射影像转化为RGB色彩模式，其中，所述高程最小值为设定高度值；

所述RGB色彩模式中，红颜色通道按高程最小值到高程最大值之间的范围过度，所述高程最小值对应的红颜色通道值设置为0，高程最大值的红颜色通道值设置为255；所述RGB色彩模式中绿颜色、蓝颜色通道值都设置为0，得到高程着色图；

所述高程着色图通过红色标识出高程大于设定高度值的位置，并结合新真正射影像的正射纹理RGB得到识别结果图，所述识别结果图为带大于设定高度值的高程红色标识着色的真正射影像结合图。

进一步的，对所述新真正射影像进行数字测图得到三维数字线画图。

进一步的，所述新真正射影像数据能够按常规正射影像使用。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明所提供的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，通过设置摄影测量的航拍规则，航拍设备根据航拍规则采集原始相片数据；对原始相片数据进行空中三角测量处理恢复像片姿态，并将三角测量处理后的数据进行三维重建，得到相同时相和相同范围坐标系的稠密点云中间成果数据和高精细度白模型；通过高精细度白模型对稠密点云中间成果数据中的顶面数据进行纹理映射，得到无任何透视畸变的真正射影像数据；采用稠密点云中间成果数据生成数字表面模型；将数字表面模型的数据与真正射影像数据进行融合，得到带全范围高程数据的新真正射影像，带全范围高程数据的新真正射影像可以兼容其他真正射影像工具的导入和使用，可当常规的真正射影像栅格数据的使用，增加摄影测量成果的利用价值和使用范围。

2、本发明得到的带有全范围高程数据的新真正射影像可以兼容其他真正射影像工具的导入和使用，可当常规的真正射影像栅格数据的使用。

3、本发明得到的带有全范围高程数据的新真正射影像可直接采集三维数字线化图，无需使用立体测图设备等，可大大降低制图成本，提高作业效率。

4、本发明得到的带有全范围高程数据的新真正射影像新真正射影像数据具备大比例尺、高分辨率、几何和高程精度高、全范围数据范围高程，生成自动化程度高无需人工干预编辑、成果无任何透视畸变、高楼底部覆盖全等优点。在城市地区应用将是有革命性的变化，有广泛的应用性。

5、本发明得到的带有全范围高程数据的新真正射影像能够在城市违建监察方面应用，对于加盖后屋顶材质与纹理与原先未加盖前一致的，也可以通过对比不同时相高程着色结合图发现高程突变，方便了对违建的监管。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明其中一个实施例的一种基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法的流程图；

图2是本发明其中一个实施例的融合后新的真正射影像数据应用的流程图；

图3是本发明其中一个实施例的高精细度的白模型示意图；

图4是本发明其中一个实施例的稠密点云局部数据示意图；

图5是本发明其中一个实施例的数字真正射影像数据产品的示意图；

图6是本发明其中一个实施例的数字表面模型产品的示意图；

图7是本发明其中一个实施例的TIFF存储文件格式示意图；

图8是本发明其中一个实施例的新真正射影像应用结合图；

图9是本发明其中一个实施例的新真正射影像应用结合图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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的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。

图1示出了本发明所提供的其中一个实施例基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，包括以下步骤：

S1、根据摄影测量的要求设置航拍规则，航拍设备根据航拍规则采集原始相片数据；

S2、对原始相片数据进行空中三角测量处理恢复像片姿态，并将三角测量处理后的数据进行三维重建，得到同时相和同范围坐标系的稠密点云中间成果数据和高精细度白模型；

S3、通过高精细度白模型的顶面数据进行纹理映射，得到无任何透视畸变的真正射影像数据；

S4、采用稠密点云中间成果数据生成数字表面模型；

S5、将数字表面模型的数据与真正射影像数据进行融合，得到带全范围高程数据的新真正射影像。

上述的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，根据摄影测量的要求设置航拍规则，航拍设备根据航拍规则采集原始相片数据；对原始相片数据进行空中三角测量处理恢复像片姿态，并将三角测量处理后的数据进行三维重建，得到同时相和同范围坐标系的稠密点云中间成果数据和高精细度白模型；通过高精细度白模型的顶面数据进行纹理映射，得到无任何透视畸变的真正射影像数据；采用稠密点云中间成果数据生成数字表面模型；将数字表面模型的数据与真正射影像数据进行融合，得到带全范围高程数据的新真正射影像，带全范围高程数据的新真正射影像可以兼容其他真正射影像工具的导入和使用，可当常规的真正射影像栅格数据的使用，增加摄影测量成果的利用价值和使用范围。

其中一个实施例，步骤S1中，摄影测量的航拍规则为根据真正射影像产品比例进行设置。

其中一个实施例，步骤S5中，真正射影像数据和数字表面模型的数据存储格式均为TIFF。采用TIFF存储格式是因为TIFF存储格式具有较好的扩展性，真正射影像数据利用TIFF存储格式可扩展性在真正射影像数据的底层加入数字模型数据融合。

其中一个实施例，对新真正射影像进行高程着色，得到高程着色的真正射影像结合图。

具体的，对新真正射影像进行高程着色，得到高程着色的真正射影像结合图包括：对新真正射影像进行高程分层设色着色或者设置按固定高程段彩着色，并设置高程着色图层透明度，输出高程着色的真正射影像结合图。

其中，高程着色的真正射影像结合图用于在城市违建监察使用。其中，通过对比不同时相的高程着色的真正射影像结合图，可明显发现楼层加高或者加宽等违建现象，大大提高违建监察的效率。

其中一个实施例，对新真正射影像中大于设定高度的特殊高程范围数据进行标识，识别不同的地物类型。

其中，设定高度为1m，当然可以根据需要进行设置更高或更矮等。

具体的，对新真正射影像中大于设定高度的特殊高程范围数据进行标识，识别不同的地物类型，包括以下步骤：

通过读取新真正射影像中高程最大值和高程最小值，将新真正射影像转化为RGB色彩模式，其中，高程最小值为设定高度值；

RGB色彩模式中，红颜色通道按高程最小值到高程最大值之间的范围过度，红颜色通道的高程最小值对应红颜色通道值设置为0，得到高程最大值的红颜色通道值的高程最大值设置为255；RGB色彩模式中绿(G)颜色、蓝(B)颜色通道值都设置为0，得到高程着色图；

高程着色图红色标识出高程大于设定高度值的位置，并结合新真正射影像的正射纹理RGB得到识别结果图，识别结果图为带大于设定高度值的高程红色标识着色的真正射影像结合图。

其中一个实施例，对新真正射影像进行数字测图得到三维数字线画图，无需使用立体测图设备等，可大大降低制图成本，提高作业效率。

其中一个实施例，新真正射影像数据能够按常规正射影像使用。

参考图2，对本发明基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法进行详细说明，以使本领域技术人员更了解本发明：

S1、根据摄影测量的要求设置航拍规则，根据测图大比例尺1:2000城市数字真正影像产品要求，采用载人飞机挂载UCE（UltraCam Eagle）超大幅面数码航测仪进行像片数据采集；设计航测地面分辨率约为16cm，相机固定焦距100.5mm，摄区面积约113平方公里；设计航向重叠率80%，旁向重叠率80%，航高约4200米，航测总共9条航线，每条航线像片数量约21。载人飞机挂载UCE（UltraCam Eagle）超大幅面数码航测仪根据航拍规则采集原始相片数据。

S2、将航测采集的采集原始相片数据经过整理导入到高精度三维重建设备中，进行特征点提取和匹配、相机自标定、添加像控点提高数据绝对坐标精度和全局区域网平差恢复像片内外方位元素，完成空中三角测量处理；

根据空中三角测量处理的数据，选择航摄中心区域1500m*1500m的范围作为重建范围，使用最高精细度的重建参数，进行深度匹配、噪声剔除、表面重建和模型简化，完成多视三维重建处理，输出高精细度的白模型（如图3所示）和稠密点云（如图4所示）中间成果数据；

S3、使用高精度三维重建设备根据生成的高精细度白模型，对高精细度白模型的正视角顶面进行原始分辨率纹理映射，输出一体成型的TIFF存储格式的数字真正射影像数据产品（如图5所示），即无任何透视畸变的真正射影像数据。

S4、根据生成的稠密点云中间成果数据生成TIFF存储格式的数字表面模型产品（图6），即数字表面模型；

S5、真正射影像数据本身携带多层数据结构数据，包括存储纹理RGB值的图像矩阵和存储空间参考信息的结构体（如图7所示），数字表面模型作为栅格产品数据，每个像素单元保存该位置高程值（如图7所示）。把生成的数字表面模型的数据融合到真正射影像的第二层数据结构中，输出带全范围高程数据的新真正射影像。带全范围高程数据的新真正射影像的每个栅格像素位置包含真实纹理RGB值和三维坐标值。在保证可视化效果不变的情况下新增多维信息。丰富数字真正射影像所携带的地理信息和增加应用便捷性。

S6、在浏览和应用软件中加载步骤S5融合生成的新真正射影像数据，对新真正射影像按高程数据分层设色（如图6所示）。通过读取新真正射影像按高程数据的高程值范围值，设置的显示红绿蓝过度色带，根据高程范围值从高到低分别由红到蓝色带进行RGB着色填充，形成高程着色图层，并设置高程着色后图层的透明度，结合新真正射影像数据的真正射纹理RGB，输出带高程分层着色的真正射影像结合图（如图8所示）。

步骤S6能够在城市违建监察中进行使用，通过对比不同时相的带高程分层着色的真正射影像结合图，可明显发现楼层加高或者加宽等违建现象，大大提高违建监察的效率（如图2所示）。

S7、在浏览和应用软件中加载步骤S5融合生成的新真正射影像数据，对大于1米特殊高程范围数据进行标识，识别不同的地物类型。

具体的，通过读取新真正射影像中高程最大和最小值，对RGB色彩模式中红(R)颜色通道值进行对应设置，按高程最小值1米通道值设置为0到高程最大值通道值设置为255范围过度。RGB色彩模式中绿(G)、蓝(B)颜色通道都设置为0。高程着色图可红色标识出高程大于1米的位置，结合真正射纹理RGB可输出带大于1米高程红色标识着色的真正射影像结合图（如图9所示），通过图9，可以识别明显高于地面的地物。而且根据实际设置的标识高程范围，可以快速识别不同的地物类型。高程值h与RGB色彩模式中红(R)颜色通道值的对应关系公式：

（1）

式（1）中，R(h)为高程与颜色通道的对应值，min为高程最小值，max为高程最大值。

S8、使用浏览和应用软件可读取步骤S5得到的新真正射影像的每一层数据结构包括高程坐标信息。通过查询数字表面模型的真正射影像的点信息，可查询到高程坐标信息点的RGB值和三维坐标信息。基于融合数字表面模型的真正射影像进行数字测图，无需使用三维测图设备等外设，可直接采集三维数字线画图。

S9、使用GIS平台加载步骤S5融合生成的新真正射影像数据时，可按常规正射影像使用，可进行影像镶嵌、矢量化等操作。

综上，本发明一种基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，利用真正射影像携带有平面坐标与丰富的现实纹理效果和数字表面模型带有的高程信息，在存储真正射影像数据格式中融合存入数字表面模型的高程信息，生成具有两者优点的新数字真正射影像测绘产品成果。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：

航拍设备根据航拍规则采集原始相片数据；

对所述原始相片数据进行空中三角测量处理恢复像片姿态，并将空中三角测量处理后的数据进行三维重建，得到同时相和同范围坐标系的稠密点云中间成果数据和高精细度白模型；

通过所述高精细度白模型的顶面数据进行纹理映射，得到无任何透视畸变的真正射影像数据；

采用所述稠密点云中间成果数据生成数字表面模型；

将所述数字表面模型的数据与真正射影像数据进行融合，得到带全范围高程数据的新真正射影像。

2.根据权利要求1所述的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，其特征在于，所述真正射影像数据和数字表面模型的数据存储格式均为TIFF。

3.根据权利要求1所述的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，其特征在于，对所述新真正射影像进行高程着色，得到高程着色的真正射影像结合图。

4.根据权利要求3所述的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，其特征在于，对所述新真正射影像进行高程着色，得到高程着色的真正射影像结合图具体为：对所述新真正射影像进行高程分层设色着色或者设置按固定高程段彩着色，并设置高程着色图层透明度，得到高程着色的真正射影像结合图。

5.根据权利要求4所述的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，其特征在于，所述高程着色的真正射影像结合图能在城市违建监察中应用。

6.根据权利要求1所述的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，其特征在于，对所述新真正射影像中大于设定高度的特殊高程范围数据进行标识，识别不同的地物类型。

7.根据权利要求6所述的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，其特征在于，所述设定高度为1m。

8.根据权利要求7所述的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，其特征在于，对所述新真正射影像中大于设定高度的特殊高程范围数据进行标识，识别不同的地物类型，包括以下步骤：

通过读取所述新真正射影像中高程最大值和高程最小值，将所述新真正射影像转化为RGB色彩模式，其中，所述高程最小值为设定高度值；

所述RGB色彩模式中，红颜色通道按高程最小值到高程最大值之间的范围过度，所述高程最小值对应的红颜色通道值设置为0，高程最大值的红颜色通道值设置为255；所述RGB色彩模式中绿颜色、蓝颜色通道值都设置为0，得到高程着色图；

所述高程着色图通过红色标识出高程大于设定高度值的位置，并结合新真正射影像的正射纹理RGB得到识别结果图，所述识别结果图为带大于设定高度值的高程红色标识着色的真正射影像结合图。

9.根据权利要求1所述的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，其特征在于，对所述新真正射影像进行数字测图得到三维数字线画图。

10.根据权利要求1所述的基于真正射影像融合数字表面模型数据的方法，其特征在于，所述新真正射影像数据能够按常规正射影像使用。

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