基于基本配置點(diǎn)的兩步法攝影物點(diǎn)、像點(diǎn)自動(dòng)匹配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及攝影測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種基于基本配置點(diǎn)的兩步法攝影物點(diǎn)、像點(diǎn) 自動(dòng)匹配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 共線條件方程是攝影測(cè)量計(jì)算的基礎(chǔ)，共線條件方程構(gòu)建的前提是實(shí)現(xiàn)攝影物點(diǎn) 和像點(diǎn)的匹配。在航空及航天攝影測(cè)量中，地面控制點(diǎn)數(shù)量有限，一般采用事后處理、人工 匹配方法。在數(shù)字近景攝影測(cè)量中，常利用編碼標(biāo)志實(shí)現(xiàn)攝影物點(diǎn)和像點(diǎn)的自動(dòng)匹配。目 前應(yīng)用廣泛的編碼標(biāo)志主要分為同心圓環(huán)型（圖1中的a和b)和點(diǎn)分布型（圖1中的c 和d)，根據(jù)編碼規(guī)則，編碼標(biāo)志的容量為幾十個(gè)至數(shù)百個(gè)。由于近景攝影測(cè)量攝影距離一般 較近（幾米至幾十米），編碼標(biāo)志尺寸一般較小，邊長(zhǎng)一般在幾厘米至十厘米之間，尺寸具 體數(shù)值與相機(jī)參數(shù)及攝影距離相關(guān)。
[0003] 在一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，當(dāng)攝影距離增加時(shí)，為保證一定的橢圓擬合精度，通常需要 增大攝影標(biāo)志尺寸。當(dāng)攝影標(biāo)志數(shù)量有限而又不便于布設(shè)大尺寸編碼標(biāo)志時(shí)，則需要考慮 建立一套不依賴于編碼標(biāo)志的攝影物點(diǎn)與像點(diǎn)自動(dòng)匹配方案，這也是出發(fā)點(diǎn)，但如何實(shí)現(xiàn) 攝影物點(diǎn)、像點(diǎn)自動(dòng)匹配至今未見有公開報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種基于基本配 置點(diǎn)的兩步法攝影物點(diǎn)、像點(diǎn)自動(dòng)匹配方法，可有效解決不依賴編碼標(biāo)志而實(shí)現(xiàn)攝影物點(diǎn) 和像點(diǎn)的快速自動(dòng)匹配的問題。
[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，先利用像素最大的2個(gè)大標(biāo)志圓及其邊緣分布的3個(gè) 小標(biāo)志圓組成的5個(gè)特征點(diǎn)計(jì)算攝站概略外方位元素值，然后利用已知物點(diǎn)坐標(biāo)信息反算 對(duì)應(yīng)像點(diǎn)的概略像點(diǎn)坐標(biāo)，解算像點(diǎn)坐標(biāo)與軟件提取像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較，利用閾值，實(shí)現(xiàn)攝 影物點(diǎn)與像點(diǎn)的自動(dòng)快速匹配，方法是：
[0006] (1)對(duì)拍攝圖像進(jìn)行閾值分割和橢圓擬合，獲得標(biāo)志成像橢圓中心的像點(diǎn)坐標(biāo)和 橢圓短半軸長(zhǎng)度的像素?cái)?shù)；
[0007] (2)根據(jù)圖像橢圓短半軸長(zhǎng)度的像素?cái)?shù)，像素?cái)?shù)最大的為大標(biāo)志的成像，判斷出對(duì) 應(yīng)的像點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)像片的定向；
[0008] (3)求取兩個(gè)大標(biāo)志與其它標(biāo)志之間距離的像素?cái)?shù)，實(shí)現(xiàn)基本配置標(biāo)志的自動(dòng)匹 配；
[0009] (4)利用標(biāo)志的物方和像方坐標(biāo)信息，通過單像空間后方交會(huì)方法解算得到圖像 拍攝瞬間的相機(jī)的6個(gè)外方位元素的位置和姿態(tài)參數(shù)概值，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)基本配置標(biāo)志的 自動(dòng)匹配；
[0010](5)利用相機(jī)外方位元素概值與已知物點(diǎn)坐標(biāo)，除5個(gè)基本配置點(diǎn)外，解算得到其 余物點(diǎn)的概略像點(diǎn)坐標(biāo)；
[0011] (6)將步驟（1)利用計(jì)算機(jī)軟件擬合得到的標(biāo)志圖像中心像點(diǎn)坐標(biāo)與步驟（5)解 算的概略像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較，兩個(gè)方向上的差值均在25個(gè)像素以內(nèi)時(shí)，為攝影物點(diǎn)與該像 點(diǎn)為對(duì)應(yīng)匹配；
[0012] (7)根據(jù)標(biāo)志庫內(nèi)編號(hào)數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)像點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，由計(jì)算機(jī)完成攝影物點(diǎn)與像點(diǎn) 的快速自動(dòng)匹配。
[0013] 本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、可靠，易操作，效果好，工作效率高，匹配準(zhǔn)確率高，有實(shí)際應(yīng)用 價(jià)值。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明典型編碼標(biāo)志類型示意圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明的攝影標(biāo)志示意圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明攝影標(biāo)志布設(shè)情況圖；
[0017]圖4為本發(fā)明閾值分割算法執(zhí)行情況圖；
[0018] 圖5為本發(fā)明橢圓擬合算法執(zhí)行情況圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖和具體情況對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明。
[0020] 圖2為設(shè)計(jì)的攝影標(biāo)志示意圖，如圖3所示進(jìn)行攝影標(biāo)志布設(shè)，圖3中8號(hào)、11號(hào) 點(diǎn)為大標(biāo)志，其余為正常標(biāo)志，標(biāo)志尺寸大小視拍攝距離和相機(jī)配置而定，遵循攝影測(cè)量規(guī) 律。7、8、9、11、14號(hào)點(diǎn)為基本配置標(biāo)志，其余標(biāo)志可在攝影視場(chǎng)內(nèi)按照實(shí)際條件進(jìn)行布設(shè)， 拍攝像片若包含5個(gè)基本配置標(biāo)志圖像則為有效像片，首先是攝站外方位元素的攝影瞬間 相機(jī)的位置和姿態(tài)概值計(jì)算，利用拍攝識(shí)別的5個(gè)基本配置標(biāo)志通過空間后方交會(huì)方法獲 得；其次是利用攝站外方位元素概值和地面標(biāo)志的物方坐標(biāo)反求標(biāo)志點(diǎn)的概略像點(diǎn)坐標(biāo)， 將所求概略像點(diǎn)坐標(biāo)與軟件提取像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較，閾值作為攝影物點(diǎn)是否與像點(diǎn)匹配的 條件，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)物點(diǎn)與像點(diǎn)的自動(dòng)匹配，其具體步驟如下：
[0021] (1)對(duì)拍攝圖像由計(jì)算機(jī)進(jìn)行閾值分割算法（圖4為算法執(zhí)行情況示例）和橢圓 擬合算法（圖5為算法執(zhí)行情況示例），獲取標(biāo)志成像橢圓中心的像點(diǎn)坐標(biāo)和橢圓短半軸長(zhǎng) 度的像素?cái)?shù)；
[0022] (2)根據(jù)圖像橢圓短半軸長(zhǎng)度的像素?cái)?shù)，像素?cái)?shù)最大的兩個(gè)為2個(gè)大標(biāo)志的成像， 判斷出對(duì)應(yīng)的8號(hào)像點(diǎn)和11號(hào)像點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)像片的定向；
[0023] (3)求取兩個(gè)大標(biāo)志與其它標(biāo)志之間距離的像素?cái)?shù)，與11號(hào)像點(diǎn)距離最近的點(diǎn)為 14號(hào)點(diǎn)，垂直8號(hào)像點(diǎn)和11號(hào)像點(diǎn)連線方向上的距離最近點(diǎn)分別為7號(hào)像點(diǎn)和9號(hào)像點(diǎn)， 由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、11號(hào)、14號(hào)像點(diǎn)5個(gè)基本配置標(biāo)志點(diǎn)的自動(dòng)匹配；
[0024] (4)利用5個(gè)標(biāo)志的東北天坐標(biāo)系（X、Y、Z)和像平面坐標(biāo)系（X，y)，東北天坐標(biāo) 系稱物方坐標(biāo)，像平面坐標(biāo)系稱像方坐標(biāo)，通過單像空間后方交會(huì)方法解算得到圖像拍攝 瞬間的相機(jī)的6個(gè)外方位元素的位置（Xs，Ys，Zs)和姿態(tài)參數(shù)的偏角、傾角和旋角的3個(gè)概 值（矜ω,κ)，其中為偏角、ω為傾角、κ為旋角；
[0025] (5)利用相機(jī)外方位元素概值（Xs，Ys，Zs，於ω，κ)和除5個(gè)基本配置標(biāo)志點(diǎn)外的 已知物點(diǎn)坐標(biāo)（Χ<，Υ;，Ζ')，利用共線條件方程（式1)得到其余物點(diǎn)的概略像點(diǎn)坐標(biāo) W,γ1 )；
[0027] 式中，f、xQ、y。為相機(jī)內(nèi)方位元素，為已知值；
[0028] a"a2、a3、Vb2、b3、Cl、c2、c3為共線條件方程中旋轉(zhuǎn)矩陣的元素，其中：
[0030] (6)將步驟⑴利用計(jì)算機(jī)擬合得到的標(biāo)志圖像中心像點(diǎn)坐標(biāo)與步驟（5)解算的 概略像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較，兩個(gè)方向上的差值均在25個(gè)像素以內(nèi)時(shí)認(rèn)為攝影物點(diǎn)與該像點(diǎn) 為對(duì)應(yīng)匹配；
[0031] (7)根據(jù)標(biāo)志庫內(nèi)編號(hào)數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)像點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，用計(jì)算機(jī)完成攝影物點(diǎn)與像點(diǎn) 的快速自動(dòng)匹配。
[0032] 所述的8號(hào)點(diǎn)、11號(hào)點(diǎn)為大標(biāo)志，大標(biāo)志圓直徑為20cm，其余標(biāo)志為正常標(biāo)志，正 常標(biāo)志圓直徑為10cm，為便于測(cè)量標(biāo)志中心的物方坐標(biāo)，在標(biāo)志中心粘貼反射片。
[0033] 所述的拍攝圖像，是用哈蘇H4D-60相機(jī)在距離墻壁垂直距離30m處對(duì)攝影標(biāo)志進(jìn) 行拍照所獲得的圖像，利用德國(guó)MVtec公司開發(fā)的圖像處理軟件HALC0N編制了標(biāo)志識(shí)別與 自動(dòng)匹配軟件程序，通過閾值分割和橢圓擬合算法可獲得標(biāo)志圖像的中心坐標(biāo)的像素?cái)?shù)和 擬合橢圓短半軸長(zhǎng)度的像素?cái)?shù)。
[0