多基線數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)——Lensphoto

1、多基線數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)多基線數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)Lensphoto演講者：演講者：聯(lián)系電話：聯(lián)系電話：EmailEmail：一、系統(tǒng)簡介一、系統(tǒng)簡介改變傳統(tǒng)的近景攝影手工測量方式，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)近景攝影測量的自動化工作近景攝影測量的自動化工作，提高生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度，是完全可能和必要的。Lensphoto多基線數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)正是為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)而誕生的。本系統(tǒng)利用張祖勛院士張祖勛院士提出的計(jì)算機(jī)視覺代替人眼的“短基線、多影像攝影測量短基線、多影像攝影測量”原理，將少量全站儀測量的高精度點(diǎn)位坐標(biāo)與攝影測量豐富的影像信息結(jié)合起來，建立高精度的地形數(shù)字化模型高精度的地形數(shù)字化模型。“短

2、基線、多影像攝影測量”的主要特點(diǎn)是：首先按要求拍攝大量具有較短基線和不拍攝大量具有較短基線和不同交會角的序列影像同交會角的序列影像，然后通過少量物方控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)及其對應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)建立空間關(guān)系，從而解算出相機(jī)參數(shù)和影像外方位元素；進(jìn)而計(jì)算出由先進(jìn)匹配算法獲取的大量同名點(diǎn)的空間坐標(biāo)。使用本系統(tǒng)可以大大提高生產(chǎn)效率提高生產(chǎn)效率，降低工作者野外的勞動強(qiáng)度降低工作者野外的勞動強(qiáng)度。 近景領(lǐng)域跨了五十年的一大步近景領(lǐng)域跨了五十年的一大步-從人眼雙目觀測原理到計(jì)算機(jī)視覺原理從人眼雙目觀測原理到計(jì)算機(jī)視覺原理 攝影測量理論的一個重大突破攝影測量理論的一個重大突破Lensphoto是一套全新數(shù)字近景攝影測量

3、系統(tǒng)。它采用普通定焦單反數(shù)碼相機(jī)對測量對象（區(qū)域）拍攝幾組照片，以全站儀測出很少量控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)，便可以很快的自動化生成被測對象（整個區(qū)域）的精確DEM及基于影像的密集點(diǎn)云（DSM）高技術(shù)高技術(shù)：1、空間一個點(diǎn)不再是由兩條光線前交而得，而是 由多條光線前交而得；2、全新的近景攝影測量原理：多張照片多個象對 生成一個模型，多個模型整體全自動匹配；3、突破傳統(tǒng)的非量測相機(jī)的直接線性變換的要求， 能夠直接利用航空攝影測量的自檢校區(qū)域網(wǎng)平差；4、新的機(jī)制：多基線攝影測量；5、新的數(shù)據(jù)獲取方式：旋轉(zhuǎn)多基線攝影測量；6、新的影像匹配算法：適應(yīng)于被攝物的空間分布不 連續(xù)，斷裂，遮擋。多基線攝影，多光線交會

4、多基線攝影，多光線交會LensphotoLensphoto軟件數(shù)據(jù)處理流程圖軟件數(shù)據(jù)處理流程圖二、外業(yè)作業(yè)方式二、外業(yè)作業(yè)方式 現(xiàn)場考察 制定拍攝計(jì)劃 布置控制點(diǎn)拍攝影象2.1 2.1 現(xiàn)場考察現(xiàn)場考察拍攝之前應(yīng)該對現(xiàn)場進(jìn)行考察，主要包括以下內(nèi)容：a、被拍攝物體周圍環(huán)境考察b、選擇拍攝距離攝距離和拍攝地點(diǎn)拍攝地點(diǎn)c、根據(jù)被拍攝物體特點(diǎn)和拍攝距離選擇合適相機(jī)鏡頭合適相機(jī)鏡頭d、根據(jù)相機(jī)的視場角和被攝物體成像的范圍設(shè)計(jì)控制點(diǎn)分布圖控制點(diǎn)分布圖等廣角定焦鏡頭EF28mm f/1.8USM0-80米 標(biāo)準(zhǔn)定焦鏡頭EF50mm f/1.4USM100-200米中遠(yuǎn)攝定焦鏡頭EF85mm f/1.8USM

5、200-400米中遠(yuǎn)攝定焦鏡頭EF100mm f/2USM400-600米遠(yuǎn)攝定焦鏡頭EF135mm f/2LUSM600-800米遠(yuǎn)攝定焦鏡頭EF200mm f/2.8LIIUSM 800-1200米2.22.2制定拍攝計(jì)劃制定拍攝計(jì)劃經(jīng)過現(xiàn)場考察并選取合適的相機(jī)鏡頭之后，就必須制定拍攝計(jì)劃，主要包括以下幾個內(nèi)容： a、根據(jù)被攝物體特點(diǎn)確定攝站個數(shù)攝站個數(shù)b、根據(jù)視場角和基線長度，確定每個攝站上要拍攝的像片數(shù)每個攝站上要拍攝的像片數(shù)根據(jù)被攝對象周圍的地理根據(jù)被攝對象周圍的地理環(huán)境，至少布置環(huán)境，至少布置3 3個攝站，個攝站，相應(yīng)的攝站越多越利于內(nèi)相應(yīng)的攝站越多越利于內(nèi)業(yè)處理時提高精度。業(yè)處理

6、時提高精度。需要拍攝的相片數(shù)需要拍攝的相片數(shù)被攝被攝物體的總寬度物體的總寬度相幅的寬相幅的寬度的度的4040攝站設(shè)立的注意事項(xiàng)：攝站設(shè)立的注意事項(xiàng)：設(shè)立守則設(shè)立守則1 1：攝站應(yīng)均勻分布在被攝物體寬度的中心位置。：攝站應(yīng)均勻分布在被攝物體寬度的中心位置。設(shè)立守則設(shè)立守則2 2：攝站間的距離應(yīng)當(dāng)為平均攝距的：攝站間的距離應(yīng)當(dāng)為平均攝距的1/101/10。示例：示例：XYIIIIVIII 30m30m30m1234300m 本次外業(yè)拍攝近距200米，遠(yuǎn)距400多米，平均距離在300米左右。采用組合基線拍攝方法，分為四個攝站拍攝。那么攝站的間距應(yīng)為3001030（m）設(shè)立方法如右圖所示 ：2.32.

7、3布置控制點(diǎn)布置控制點(diǎn)為了使拍的的照片可供量測，并且可提供高的量測精度，那么我們在外業(yè)拍攝的時候必須給所拍攝對象布置控制點(diǎn)。控制點(diǎn)標(biāo)牌的制作 ：控制點(diǎn)中間會有十字絲，以中心位置作為控制點(diǎn)量測位置。樣例：布設(shè)守則布設(shè)守則1 1：控制點(diǎn)：控制點(diǎn)分布均勻分布均勻。布設(shè)守則布設(shè)守則2 2：控制點(diǎn)盡可能布于拍攝物體（測量對象）四：控制點(diǎn)盡可能布于拍攝物體（測量對象）四周。周?？刂泣c(diǎn)的布設(shè)注意事項(xiàng)：控制點(diǎn)的布設(shè)注意事項(xiàng)：控制點(diǎn)分布示意圖如下：2.42.4拍攝影像拍攝影像一般我們的拍攝方法有兩種：a、平行攝影平行攝影 適用于距離較近，寬角攝影。平行攝影的照片重疊度要有平行攝影的照片重疊度要有80%80%，且

8、每個攝站上只攝取一張影象，且每個攝站上只攝取一張影象b、旋轉(zhuǎn)攝影旋轉(zhuǎn)攝影 適用于距離較遠(yuǎn)，常角攝影。旋轉(zhuǎn)攝影的重疊度要有旋轉(zhuǎn)攝影的重疊度要有60%60%，且每個攝站上攝取的相同序號的相片所，且每個攝站上攝取的相同序號的相片所拍攝的區(qū)域應(yīng)是同一區(qū)域。拍攝的區(qū)域應(yīng)是同一區(qū)域。拍攝的注意事項(xiàng)：拍攝的注意事項(xiàng)：拍攝守則拍攝守則1 1：被拍攝對象最好占滿整個相幅，最少不能少于：被拍攝對象最好占滿整個相幅，最少不能少于1/31/3。拍攝守則拍攝守則2 2：相鄰攝站距離為拍攝距離的：相鄰攝站距離為拍攝距離的1/101/10左右為宜。左右為宜。拍攝守則拍攝守則3 3：拍攝時相機(jī)鏡頭焦距打到無窮遠(yuǎn)，選擇手動變焦

9、，光圈快門：拍攝時相機(jī)鏡頭焦距打到無窮遠(yuǎn)，選擇手動變焦，光圈快門可以使用自動（以拍攝的照片清晰為前提）可以使用自動（以拍攝的照片清晰為前提） 如下圖為旋轉(zhuǎn)攝影的一個攝站拍的照片 ：三、內(nèi)業(yè)部分三、內(nèi)業(yè)部分相機(jī)檢校 工程管理 空三匹配整體平差 控制點(diǎn)量測加密匹配 生成點(diǎn)云 立體編輯DEM編輯 數(shù)字測圖 3.1 3.1 相機(jī)檢校相機(jī)檢校相機(jī)檢校的目的是設(shè)置相機(jī)參數(shù)設(shè)置相機(jī)參數(shù)，包括：相機(jī)主距主距f f、像主點(diǎn)坐標(biāo)主點(diǎn)坐標(biāo)x0，y0、畸畸變參數(shù)變參數(shù)k1 、k2、p1、p2，和像素物理大小像素物理大小。當(dāng)相機(jī)參數(shù)未知時，可通過相機(jī)檢校模塊檢校出相機(jī)參數(shù)，相機(jī)檢校之前需要拍攝滿足檢校條件的影像。P.S

10、.本系統(tǒng)檢校模塊只能檢校固定焦距的相機(jī)，變焦相機(jī)不能檢校拍攝網(wǎng)格 建立檢校工程選擇像控點(diǎn) 檢校結(jié)果輸出1 1 拍攝網(wǎng)格拍攝網(wǎng)格格網(wǎng)信息設(shè)置好后導(dǎo)出格網(wǎng)信息，然后按以下步驟拍攝格網(wǎng)：1、首先將相機(jī)的焦距調(diào)到無窮遠(yuǎn)焦距調(diào)到無窮遠(yuǎn)(),并且保證相機(jī)已調(diào)整為手動變焦手動變焦；2、在左上、左下、中間、右上、右下5個方向拍攝拍攝格網(wǎng)，盡量使網(wǎng)格占滿整個相幅。當(dāng)拍攝的單個格網(wǎng)影像不能充滿整個相幅時，可在各個方向上旋轉(zhuǎn)拍攝多張影像。2 2 檢校工程檢校工程 點(diǎn)擊新建工程按鈕后，通過幾個簡單的選擇便可開始導(dǎo)入剛才所拍攝的網(wǎng)格3 3 選擇像控點(diǎn)選擇像控點(diǎn) 單擊按鈕 ,在圖中依次在紅、綠、藍(lán)三個點(diǎn)上順序按下鼠標(biāo)左鍵

11、確定控制點(diǎn)的坐標(biāo)方位。此時系統(tǒng)會自動提取所有的點(diǎn)的輪廓。依次將所有影像的坐標(biāo)方位全部標(biāo)記出來。 4 4 檢校結(jié)果輸出檢校結(jié)果輸出半自動參數(shù)模型相機(jī)標(biāo)定：執(zhí)行控制點(diǎn)平差和相機(jī)檢校，結(jié)果輸出到輸出窗口，其中相機(jī)參數(shù)屬性頁中列出了相機(jī)的參數(shù)； 全自動參數(shù)模型相機(jī)標(biāo)定：當(dāng)單個格網(wǎng)可以基本充滿CamCalibration.Exe的主界面窗口時，可選執(zhí)行全自動檢校，此時系統(tǒng)會依據(jù)中間紅、綠、藍(lán)三點(diǎn)自動確定控制點(diǎn)（格網(wǎng)點(diǎn)）的坐標(biāo)方位，并執(zhí)行相機(jī)檢校。單擊主界面相機(jī)檢校，彈出相機(jī)設(shè)置對話框， 然后單擊相機(jī)參數(shù)文件轉(zhuǎn)換，3.2 3.2 工程管理工程管理 單擊主界面工程管理、新建打開工程，彈出工程文件對話框，點(diǎn)擊

12、工程菜單下的新建菜單，如右圖所示：導(dǎo)入航片數(shù)： 打開影像文件所在路徑，選定全部影像文件：點(diǎn)擊“相機(jī)參數(shù)”按鈕，彈出相機(jī)參數(shù)對話框，選擇要導(dǎo)入的相機(jī)參數(shù)文件： 填寫“總航帶數(shù)”，并且選擇“當(dāng)前航帶號”與是否“需要旋轉(zhuǎn)航片”；然后在左邊影像文件列表中選擇影像文件，點(diǎn)擊“加到當(dāng)前航帶”按鈕將影像正確添加到各個航帶中去。 50501001002002009009003.3 3.3 空三匹配空三匹配 匹配用于尋找不同影像上的同名點(diǎn)。匹配始前需要人工給定人工給定航帶內(nèi)立體像對的種子點(diǎn)種子點(diǎn)和航帶間相應(yīng)影像的種子點(diǎn)，種子點(diǎn)的目的是給定匹配像對兩張影像間的概略偏移量。3.4 3.4 控制點(diǎn)量測控制點(diǎn)量測控制點(diǎn)

13、量測的目的是精確量測出控制點(diǎn)的影像坐標(biāo)，為空中三角測量作準(zhǔn)備。 首先從全站儀或者GPS中導(dǎo)出外業(yè)測量的三維控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，把導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，整理成包括控制點(diǎn)編號，三維坐標(biāo)的X,Y,Z，并手動的加上一項(xiàng)數(shù)據(jù)，此項(xiàng)為控制點(diǎn)的模板數(shù)據(jù)，一般我們設(shè)為NULL空。點(diǎn)擊編輯控制,打開控制點(diǎn)編輯模塊。根據(jù)外業(yè)的情況，進(jìn)行交換，加點(diǎn)等一系列操作 進(jìn)入控制點(diǎn)量測主界面進(jìn)入控制點(diǎn)量測主界面在整個拍攝區(qū)域選擇最少在整個拍攝區(qū)域選擇最少4個點(diǎn)個點(diǎn)預(yù)測出其他點(diǎn)預(yù)測出其他點(diǎn)對預(yù)測的點(diǎn)進(jìn)行一次整體調(diào)整對預(yù)測的點(diǎn)進(jìn)行一次整體調(diào)整 3.5 3.5 整體平差整體平差整體平差的目的是利用攝影測量空中三角測量原理精確解算影像外方位元素、模型點(diǎn)空間坐標(biāo)，并能進(jìn)行自檢校。 無需其他操作，單擊自動加密匹配。無需其他操作，單擊自動加密匹配。 3.6 3.6 加密匹配加密匹配