一種基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)，包括如下步驟：估測(cè)目標(biāo)高程范圍，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行航空傾斜拍攝，記錄所有照片對(duì)應(yīng)相機(jī)的外方位元素和內(nèi)方位元素；取照片A中的像素點(diǎn)a，尋找第一射線，截取第一射線在h1-h2范圍內(nèi)的線段，即第一空間線段；取照片B，將所述第一空間線段在照片B上投影，得到第一核線，找到像素同名點(diǎn)b；連接像素同名點(diǎn)b與拍攝照片B時(shí)相機(jī)的中心點(diǎn)并向目標(biāo)點(diǎn)方向延伸形成第二射線，第一射線與第二射線的交點(diǎn)即像素點(diǎn)a對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)；本發(fā)明提供一種方案有效解決三維實(shí)景建模與仿真問題，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空缺；快速獲得三維數(shù)字城市和農(nóng)村住宅，解決目前獲取實(shí)時(shí)三維模型難的問題。
【專利說明】一種基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]航空傾斜攝影測(cè)量:是指傾斜地理定位與測(cè)量系統(tǒng)?；驹硎峭ㄟ^在航飛器上安裝前后、左右、垂直五個(gè)方向的相機(jī)，連續(xù)拍攝地球表面，通過相片的重疊形成立體相對(duì)，然后通過射線前方交會(huì)計(jì)算三維空間坐標(biāo)。這種攝影測(cè)量方法，簡(jiǎn)稱為“傾斜測(cè)量”。它可應(yīng)用于三維數(shù)字城市建模、農(nóng)村住宅建模、三維實(shí)景建模、工程測(cè)量和三維模型數(shù)據(jù)展示與瀏覽。
[0003]傾斜地理定位與測(cè)量系統(tǒng):根據(jù)斜拍照片、GPS、IMU等信息實(shí)現(xiàn)了在斜片上定位得到某些興趣點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這種算法的缺點(diǎn)主要是依賴人工交互測(cè)量獲得某些特征點(diǎn)，對(duì)作業(yè)人員技能要求高、取點(diǎn)效率低，不能自動(dòng)獲得三維坐標(biāo)點(diǎn)。航空機(jī)載激光雷達(dá)掃描系統(tǒng):通過激光測(cè)距、GPS、IMU等信息結(jié)合可以直接獲得高密度地表三維坐標(biāo)點(diǎn)，結(jié)合數(shù)碼相機(jī)照片還可以得到正射影象(DOM)。缺點(diǎn)，無法處理建筑、樹木等側(cè)面信息、后期需要經(jīng)過專業(yè)建模師做3D建模才能得到三維建筑模型。地面激光雷達(dá)掃描系統(tǒng):通過激光雷達(dá)掃描和數(shù)碼相機(jī)可以生成三維建筑、樹木等模型。缺點(diǎn)，因受遮擋掃描測(cè)量作業(yè)效率低，只適合小范圍建模；無法獲得高層建筑物的頂部信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)，能快速獲得三維數(shù)字城市和農(nóng)村住宅，解決目前獲取實(shí)時(shí)三維模型難的問題。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0006]一種基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0007]步驟一:估測(cè)目標(biāo)聞程范圍，將目標(biāo)所在區(qū)域的地表最小聞度記錄為Ii1和最大聞度記錄為h2 ；
[0008]步驟二:對(duì)目標(biāo)進(jìn)行航空傾斜拍攝，記錄所有照片對(duì)應(yīng)相機(jī)的外方位元素和內(nèi)方位元素；
[0009]步驟三:取照片A中的像素點(diǎn)a，連接像素點(diǎn)a與拍攝照片A時(shí)相機(jī)的中心點(diǎn)并向目標(biāo)點(diǎn)方向延伸形成第一射線，截取第一射線在Ii1-1i2范圍內(nèi)的線段，即第一空間線段；取照片B，將所述第一空間線段在照片B上投影，得到第一核線；
[0010]步驟四:取以像素點(diǎn)a為中心一定范圍內(nèi)的像素，計(jì)算它們的顏色梯度差，制成匹配模板，將所述匹配模板在第一核線上移動(dòng)，尋找第一核線上顏色梯度差與所述匹配模板最接近的點(diǎn)，即像素同名點(diǎn)b;
[0011]步驟五:連接像素同名點(diǎn)b與拍攝照片B時(shí)相機(jī)的中心點(diǎn)并向目標(biāo)點(diǎn)方向延伸形成第二射線，第一射線與第二射線的交點(diǎn)即像素點(diǎn)a對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)；
[0012]步驟六:根據(jù)上述方法計(jì)算像素同名點(diǎn)b對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)以及其它照片中目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)。
[0013]優(yōu)選的是，所述基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)中，所述的外方位元素包括相機(jī)的中心位置和XYZ軸三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)角；所述內(nèi)方位元素包括相機(jī)的焦距、底片的大小和成像扭曲畸變參數(shù)。
[0014]優(yōu)選的是，所述基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)中，所述基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模方法還包括以下步驟:
[0015]步驟六:平差處理像素點(diǎn)的三維坐標(biāo)，將目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所有的三維空間坐標(biāo)經(jīng)過去除噪聲和平差擬合計(jì)算，得到目標(biāo)點(diǎn)的最終三維空間坐標(biāo)；
[0016]步驟七:根據(jù)照片中各個(gè)像素點(diǎn)在照片中的二維坐標(biāo)構(gòu)造TIN三角網(wǎng)，由TIN網(wǎng)中每個(gè)三角形對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)計(jì)算三維空間中三角形所在的平面方程，對(duì)共平面的相鄰三角形合并得到平面多邊形，去除多邊形內(nèi)部頂點(diǎn)，得到三維空間的多邊形；
[0017]步驟八:對(duì)所有照片對(duì)應(yīng)的三維空間多邊形進(jìn)行合并，合并過程中，若有同名頂點(diǎn)，只保留一個(gè)，去除合并后的三維空間多邊形內(nèi)部的頂點(diǎn)，更新三維模型網(wǎng)格；去除三維模型網(wǎng)格中孤立點(diǎn)及孤立三角形，建立最終三維模型網(wǎng)格；
[0018]步驟九:提取TIN三角網(wǎng)中紋理像素，將取得的像素合并為多張大圖，與所述三維模型網(wǎng)格一起按3D模型標(biāo)準(zhǔn)格式合并輸出結(jié)果。
[0019]優(yōu)選的是，所述基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)中，在提取TIN三角網(wǎng)中紋理像素時(shí)，若有重疊區(qū)域，取分辨率最高的TIN三角網(wǎng)的紋理像素。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:提供一種方案，利用基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)有效解決三維實(shí)景建模與仿真問題，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空缺，能快速高效的得到建筑的形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，真實(shí)感強(qiáng)，精確度高；另一方面本發(fā)明能快速獲得三維數(shù)字城市和農(nóng)村住宅，解決目前獲取實(shí)時(shí)三維模型困難的問題。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0022]一種基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0023]步驟一:估測(cè)目標(biāo)聞程范圍，將目標(biāo)所在區(qū)域的地表最小聞度記錄為Ii1和最大聞度記錄為h2 ；
[0024]步驟二:對(duì)目標(biāo)進(jìn)行航空傾斜拍攝，記錄所有照片對(duì)應(yīng)相機(jī)的外方位元素和內(nèi)方位元素；
[0025]步驟三:取照片A中的像素點(diǎn)a，連接像素點(diǎn)a與拍攝照片A時(shí)相機(jī)的中心點(diǎn)并向目標(biāo)點(diǎn)方向延伸形成第一射線，截取第一射線在Ii1-1i2范圍內(nèi)的線段，即第一空間線段；取照片B，將所述第一空間線段在照片B上投影，得到第一核線；
[0026]步驟四:取以像素點(diǎn)a為中心一定范圍內(nèi)的像素，計(jì)算它們的顏色梯度差，制成匹配模板，將所述匹配模板在第一核線上移動(dòng)，尋找第一核線上顏色梯度差與所述匹配模板最接近的點(diǎn)，即像素同名點(diǎn)b;
[0027]步驟五:連接像素同名點(diǎn)b與拍攝照片B時(shí)相機(jī)的中心點(diǎn)并向目標(biāo)點(diǎn)方向延伸形成第二射線，第一射線與第二射線的交點(diǎn)即像素點(diǎn)a對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)；
[0028]步驟六:根據(jù)上述方法計(jì)算像素同名點(diǎn)b對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)以及其它照片中目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)。
[0029]所述基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)中，所述的外方位元素包括相機(jī)的中心位置和XYZ軸三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)角；所述內(nèi)方位元素包括相機(jī)的焦距、底片的大小和成像扭曲畸變參數(shù)。
[0030]所述基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)中，所述基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模方法還包括以下步驟:
[0031]步驟六:平差處理像素點(diǎn)的三維坐標(biāo)，將目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所有的三維空間坐標(biāo)經(jīng)過去除噪聲和平差擬合計(jì)算，得到目標(biāo)點(diǎn)的最終三維空間坐標(biāo)；
[0032]步驟七:根據(jù)照片中各個(gè)像素點(diǎn)在照片中的二維坐標(biāo)構(gòu)造TIN三角網(wǎng)，由TIN網(wǎng)中每個(gè)三角形對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)計(jì)算三維空間中三角形所在的平面方程，對(duì)共平面的相鄰三角形合并得到平面多邊形，去除多邊形內(nèi)部頂點(diǎn)，得到三維空間的多邊形；
[0033]步驟八:對(duì)所有照片對(duì)應(yīng)的三維空間多邊形進(jìn)行合并，合并過程中，若有同名頂點(diǎn)，只保留一個(gè)，去除合并后的三維空間多邊形內(nèi)部的頂點(diǎn)，更新三維模型網(wǎng)格；去除三維模型網(wǎng)格中孤立點(diǎn)及孤立三角形，建立最終三維模型網(wǎng)格；
[0034]步驟九:提取TIN三角網(wǎng)中紋理像素，將取得的像素合并為多張大圖，與所述三維模型網(wǎng)格一起按3D模型標(biāo)準(zhǔn)格式合并輸出結(jié)果。
[0035]所述基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)中，在提取TIN三角網(wǎng)中紋理像素時(shí)，若有重疊區(qū)域，取分辨率最高的TIN三角網(wǎng)的紋理像素。
[0036]盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:估測(cè)目標(biāo)聞程范圍，將目標(biāo)所在區(qū)域的地表最小聞度記錄為Ii1和最大聞度記錄為h2 ； 步驟二:對(duì)目標(biāo)進(jìn)行航空傾斜拍攝，記錄所有照片對(duì)應(yīng)相機(jī)的外方位元素和內(nèi)方位元素； 步驟三:取照片A中的像素點(diǎn)a，連接像素點(diǎn)a與拍攝照片A時(shí)相機(jī)的中心點(diǎn)并向目標(biāo)點(diǎn)方向延伸形成第一射線，截取第一射線在Ii1-1i2范圍內(nèi)的線段，即第一空間線段；取照片B，將所述第一空間線段在照片B上投影，得到第一核線； 步驟四:取以像素點(diǎn)a為中心一定范圍內(nèi)的像素，計(jì)算它們的顏色梯度差，制成匹配模板，將所述匹配模板在第一核線上移動(dòng)，尋找第一核線上顏色梯度差與所述匹配模板最接近的點(diǎn)，即像素同名點(diǎn)b; 步驟五:連接像素同名點(diǎn)b與拍攝照片B時(shí)相機(jī)的中心點(diǎn)并向目標(biāo)點(diǎn)方向延伸形成第二射線，第一射線與第二射線的交點(diǎn)即像素點(diǎn)a對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)； 步驟六:根據(jù)上述方法計(jì)算像素同名點(diǎn)b對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)以及其它照片中目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)，其特征在于，所述的外方位元素包括相機(jī)的中心位置和XYZ軸三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)角；所述內(nèi)方位元素包括相機(jī)的焦距、底片的大小和成像扭曲畸變參數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)，其特征在于，所述基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模方法還包括以下步驟: 步驟六:平差處理像素點(diǎn)的三維坐標(biāo)，將目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所有的三維空間坐標(biāo)經(jīng)過去除噪聲和平差擬合計(jì)算，得到目標(biāo)點(diǎn)的最終三維空間坐標(biāo)； 步驟七:根據(jù)照片中各個(gè)像素點(diǎn)在照片中的二維坐標(biāo)構(gòu)造TIN三角網(wǎng)，由TIN網(wǎng)中每個(gè)三角形對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)計(jì)算三維空間中三角形所在的平面方程，對(duì)共平面的相鄰三角形合并得到平面多邊形，去除多邊形內(nèi)部頂點(diǎn)，得到三維空間的多邊形； 步驟八:對(duì)所有照片對(duì)應(yīng)的三維空間多邊形進(jìn)行合并，合并過程中，若有同名頂點(diǎn)，只保留一個(gè)，去除合并后的三維空間多邊形內(nèi)部的頂點(diǎn)，更新三維模型網(wǎng)格；去除三維模型網(wǎng)格中孤立點(diǎn)及孤立三角形，建立最終三維模型網(wǎng)格； 步驟九:提取TIN三角網(wǎng)中紋理像素，將取得的像素合并為多張大圖，與所述三維模型網(wǎng)格一起按3D模型標(biāo)準(zhǔn)格式合并輸出結(jié)果。
4.如權(quán)利要求1所述的基于航空傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景建模系統(tǒng)，其特征在于，在提取TIN三角網(wǎng)中紋理像素時(shí)，若有重疊區(qū)域，取分辨率最高的TIN三角網(wǎng)的紋理像素。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104361628SQ201410699464
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】潘樹青, 陳正偉, 彭越, 韋心意, 韋喆 申請(qǐng)人:南寧市界圍工程咨詢有限公司