一种基于双全景的摄影测量方法与流程

技术特征：

1.一种基于双全景的摄影测量方法，其特征在于，所述摄影测量方法包括：

步骤一：使用两个全景相机获取固定基线的全景图像立体像对；

步骤二：通过GPS、IMU获得全景图像的拍摄位置、姿态角；

步骤三：获取全景图像中同名像点的像素坐标；

步骤四：根据共线方程获得物点的坐标改正值；

步骤五：根据所述物点的初值坐标与坐标改正值确定所述物点的坐标。

2.根据权利要求1所述的基于双全景的摄影测量方法，其特征在于，在步骤二中，所述姿态角包括：航向角k、翻转角ω及俯仰角

3.根据权利要求2所述的基于双全景的摄影测量方法，其特征在于，在步骤四中，所述物点的坐标改正值的确定方法包括：

设定所述物点的坐标为(x,y,z)，根据以下公式确定所述物点的全景共线方程：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\θ}=\arctan (-\frac{a_1(x-x_s)+b_1(y-y_s)+c_1(z-z_s)}{a_2(x-x_s)+b_2(y-y_s)+c_2(z-z_s)})\\ \mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{\sqrt{{\left(a_1\right(x-x_s)+b_1(y-y_s)+c_1(z-z_s\left)\right)}^2+{\left(a_2\right(x-x_s)+b_2(y-y_s)+c_2(z-z_s\left)\right)}^2}}{a_3(x-x_s)+b_3(y-y_s)+c_3(z-z_s)}\right)\end{array}\right.$

其中，α表示物点与z轴的夹角，θ表示物点在xoy平面上的投影点与y轴的夹角，a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂、c₃是旋转矩阵元素，(x_s,y_s,z_s)表示拍摄位置坐标；

将所述全景共线方程进行泰勒公式展开，提取一次项值，得到残差矩阵V，其中：

V＝[v_θ v_α]^T

其中(α₀,θ₀)为所述物点初值对应的像素坐标，以角度表示；

将所述全景共线方程对(x,y,z)分别求一阶导数，得到系数矩阵A，其中：

$A=\left[\begin{array}{ccc}-a_{11}& -a_{12}& -a_{13}\\ -a_{21}& -a_{22}& -a_{23}\end{array}\right]$

$a_{11}=\frac{a_{2}r-a_{1}u}{u^2+r^2}$

$a_{12}=\frac{b_{2}r-b_{1}u}{u^2+r^2}$

$a_{13}=\frac{c_{2}r-c_{1}r}{u^2+r^2}$

$a_{21}=\frac{t(a_{2}u+a_{1}r)-a_3(u^2+r^2)}{(r^2+u^2+t^2)\sqrt{u^2+r^2}}$

$a_{22}=\frac{t(b_{1}r+b_{2}u)-b_3(u^2+r^2)}{(r^2+u^2+t^2)\sqrt{u^2+r^2}}$

$a_{23}=-\frac{t(c_{1}r+c_{2}u)-c_3(u^2+r^2)}{(r^2+u^2+t^2)\sqrt{u^2+r^2}};$

其中，r、u及t均为过程参量，

$\begin{array}{c}r=a_1\left(x-x_s\right)+b_1\left(y-y_s\right)+c_1\left(z-z_s\right)\\ u=a_2\left(x-x_s\right)+b_2\left(y-y_s\right)+c_2\left(z-z_s\right)\\ t=a_3\left(x-x_s\right)+b_3\left(y-y_s\right)+c_3\left(z-z_s\right)\end{array};$

根据以下公式确定物点的坐标改正值X＝[dx,dy,dz]：

X＝(A^TA)^-1A^TL；

判断所述物点的坐标改正值是否小于设定值，如果大于，则再次计算物点的坐标改正值，直至当前物点的坐标改正值小于设定值。

4.根据权利要求3所述的基于双全景的摄影测量方法，其特征在于，在步骤五中，所述物点的坐标的确定方法包括：

将步骤四中重复计算的坐标改正值叠加到物点的初值坐标中。

5.根据权利要求3或4所述的基于双全景的摄影测量方法，其特征在于，根据以下公式确定所述物点的初值坐标：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{x_0-x_s}{y_0-y_s}=\frac{a_1*u+a_2*v+a_3*w}{b_1*u+b_2*v+b_3*w}\\ \frac{x_0-x_s}{z_0-z_s}=\frac{a_1*u+a_2*v+a_3*w}{c_1*u+c_2*v+c_3*w}\end{array}\right.,$

其中，(x₀,y₀,z₀)为所述物点的初值坐标，a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂、c₃是旋转矩阵元素；

6.根据权利要求3或4所述的基于双全景的摄影测量方法，其特征在于，所述物点的初值坐标的确定方法包括：

设相邻两幅图像外方位元素分别为同名像点的像空间坐标表示分别为(u₁,v₁,w₁)、(u₂,v₂,w₂)；

则物点坐标的初值的解为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_0=\frac{r_1{r}_5{X}_s^2-r_2{r}_4{X}_s^1+r_1{r}_4{Y_s}^1-r_1{r}_4{Y_s}^2}{r_1{r}_5-r_2{r}_4}\\ y_0=\frac{r_2{r}_5{X}_s^1-r_2{r}_5{X}_s^2-r_1{r}_5{Y_s}^1+r_2{r}_4{Y_s}^2}{r_2{r}_4-r_1{r}_5}\\ z_0=\frac{r_3{r}_5{X}_s^1-r_3{r}_5{X}_s^2-r_3{r}_4{Y_s}^1+r_3{r}_4{X}_s^2-r_1{r}_5{Z}_s^1+r_2{r}_4{Z}_s^1}{r_2{r}_4-r_1{r}_5}\end{array}\right.;$

其中，(x₀,y₀,z₀)为所述物点的初值坐标，

$\begin{array}{c}{r}_1=a_{11}*u_1+a_{12}*v_1+a_{13}*w_1\\ r_2=b_{11}*u_1+b_{12}*v_1+b_{13}*w_1\\ r_3=c_{11}*u_1+c_{12}*v_1+c_{13}*w_1\\ r_4=a_{21}*u_2+a_{22}*v_2+a_{23}*w_2\\ r_5=b_{21}*u_2+b_{22}*v_2+b_{23}*w_2\end{array},$

其中，a₁₁,a₁₂,a₁₃,b₁₁,b₁₂,b₁₃,c₁₁,c₁₂,c₁₃是第一幅全景图像姿态角的旋转矩阵，a₂₁,a₂₂,a₂₃,b₂₁,b₂₂,b₂₃,c₂₁,c₂₂,c₂₃是第二幅全景图像姿态角的旋转矩阵。

7.一种基于双全景的摄影测量方法，其特征在于，所述摄影测量方法包括：

在两个全景图S1和S2中，任意选取P、Q点，并在全景图S1确定对应的像点p_l,q_l，并确定在全景图S2中对应的同名像点p_r,q_r，其中，全景图S1的中心点为O_l、全景图S2的中心点为O_r，p_l的坐标为(u_p,v_p,w_p)，q_l的坐标为(u_q,v_q,w_q)；

根据以下公式及基线O_lO_r长度l确定O_lP及O_lQ的长度：

其中，α为∠PO_lO_r，β为∠PO_rO_l，ψ为∠QO_rO_l，ω为∠QO_lO_r；

根据以下公式计算∠QO_lP的角度θ：

$cos\mathrm{\θ}=\frac{u_p*u_q+v_p*v_p+w_p*w_q}{\sqrt{u_p^2+v_p^2+w_p^2}+\sqrt{u_q^2+v_q^2+w_q^2}};$

根据O_lP及O_lQ的长度计算PQ的长度：

$PQ=\sqrt{O_l{P}^2+O_l{Q}^2-2*O_{l}P*O_{l}Q}.$

8.根据权利要求7所述的基于双全景的摄影测量方法，其特征在于，所述摄影测量方法还包括：

根据各边长的长度，确定各点组成的多边形的面积。