一种便携式地形摄影测量系统及其测量方法与流程

本发明涉及地形测量技术领域，尤其涉及一种便携式地形摄影测量系统及其测量方法。

背景技术：

地形的快速精细化动态监测对认识流域地貌变化过程及原因具有重要意义。摄影测量技术通过对多幅摄影影像相互重叠的部分进行交互编译，最终获得地形的数字高程模型(dem，digitalelevationmodel)，通过地形dem可了解地貌形态的空间分布特征。

基于同一表面的地面或空中图像建模是摄影测量学的重要方向，其中，半自动化结构的多视图立体工作流逐渐发展并被集成于摄影测量软件中，如agisoft开发的photoscan软件。鉴于其低成本和灵活的性质，该方法越来越多地被应用于精细地形获取方面的研究。

目前，基于摄影测量获取精细地形的方法主要包括采用无人机结合的空中图像建模方法与基于手持相机拍摄图像的地面图像建模方法。对于无人机测量方法，首先，由于无人机成本较高，采用无人机在低空(2-3m)正射拍摄地形图像，存在经济成本较高的问题；其次，在空中难以确保无人机拍摄镜头的稳定性，因而，目前无人机主要应用于大范围的较高精度的地形特征获取，较难获取近地表厘米级精细地形特征。然而，对于手持相机拍摄图像的地面图像建模方法，由于拍摄人员的身高限制，无法获取较大范围的正射图像，并且还存在拍摄效率不高的问题。

由此可见，当前在获取低空正视地形图像时，存在拍摄成本高或拍摄范围受限及拍摄效率不高的问题，并且难以通过所拍摄的图像进一步获取待测地形的厘米级精细dem，这是当前应急需解决的技术问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的之一是提供一种便携式地形摄影测量系统，用以解决当前在获取低空正视地形图像时，存在拍摄成本高或拍摄范围受限及拍摄效率不高的问题。

本发明的目的之二是提供一种基于上述便携式地形摄影测量系统的测量方法，以拍摄出具有较高重叠率的待测地形图像，并便于在后续图像处理中获取待测地形的厘米级精细dem。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明在一方面提供了一种便携式地形摄影测量系统，包括便携支架、摄像模块和手持终端；

所述便携支架包括交叉连接的竖直支架和悬持支架；

其中，所述悬持支架远离所述竖直支架的一端安装所述摄像模块，所述摄像模块的镜头朝下布置，所述摄像模块通讯连接所述手持终端。

优选的，本发明中所述摄像模块通讯连接第一无线传输模块，所述手持终端通讯连接第二无线传输模块，所述第一无线传输模块与所述第二无线传输模块通过无线通讯连接。

优选的，本发明中所述第一无线传输模块与所述第二无线传输模块为相同类型的模块，包括wifi模块、蓝牙模块、zigbee模块、3g模块、4g模块当中的任意一种。

优选的，本发明中所述第一无线传输模块集成在所述摄像模块上，所述第二无线传输模块集成在所述手持终端上；

所述摄像模块为定焦相机，所述手持终端为触摸屏控制器或平板电脑。

优选的，本发明中所述悬持支架呈水平布置，所述悬持支架的一端垂直连接所述竖直支架的上端，所述悬持支架的另一端安装所述摄像模块；所述摄像模块的镜头所在的光轴呈竖直布置。

优选的，本发明中所述竖直支架的下端连接平衡支架；

所述平衡支架上朝向所述摄像模块的一侧面安装有双肩背带；

所述平衡支架的重心与所述悬持支架的重心相对位于所述竖直支架的两侧边。

优选的，本发明中所述竖直支架与所述悬持支架均为可调节支架，由至少两根铝合金管依次通过丝扣依次连接而成；

还包括倾斜支架，所述倾斜支架的一端连接竖直支架，另一端连接所述悬持支架。

优选的，本发明中所述平衡支架包括由铝合金管焊接而成的五面锥体结构，所述平衡支架的底面呈梯形，所述平衡支架朝向所述摄像模块的一侧面呈三角形，并与所述竖直支架共面。

优选的，本发明中所述平衡支架与所述竖直支架的总高度为2～3m，所述悬持支架的长度为1～2m。

优选的，本发明在另一方面还提供了基于上述便携式地形摄影测量系统的测量方法，包括：

s1，在待测地形周围布设至少三个标靶，测量每个标靶的绝对位置；

s2，观察手持终端中所显示的预拍摄图像，在确定图像显示为待测地形后，控制摄像模块进行拍摄；

s3，移动拍摄位置，对待测地形进行多次拍摄，确保每张图像包含至少三个标靶，且任意两张拍摄的图像重叠率至少达到70％；

s4，将拍摄的图像转换成点云数据，并生成待测地形的dem。

(三)技术效果

本发明提供的便携式地形摄影测量系统，在便于人体手持或携带的便携支架上安装摄像模块，由于摄像模块安装在悬持支架上，且镜头朝下布置，则在进行地形拍摄时，可自动人为调节摄像模块的拍摄高度，并对人体前侧的地形进行正视拍摄，拍摄得到的图片同步传输至手持终端，以便操作人员进行观测，并且操作人员也可通过手持终端实现对摄像模块的拍摄控制。由此，本发明结构简单、成本低廉，相对于人工手持相机拍摄而言，拍摄范围得到大大的提高，可通过手持终端操控摄像模块，十分便捷地获取大量的低空正视地形图像，从而拍摄效率也得到有效保证。

本发明提供的基于上述便携式地形摄影测量系统的测量方法，通过在观测到待测地形后再进行拍摄，且对待测地形进行多次拍摄，确保任意两张拍摄的图像重叠率至少达到70％，这有利于拍摄出具有较高重叠率的待测地形图像，并便于在后续图像处理中获取待测地形的厘米级精细dem。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例所示的便携式地形摄影测量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所示的摄像模块与手持终端相互通讯的结构框图；

图3为本发明实施例所示的基于便携式地形摄影测量系统的测量方法的流程图。

图中：1-摄像模块，2-手持终端，3-竖直支架，4-悬持支架，5-第一无线传输模块，6-第二无线传输模块，7-平衡支架，8-双肩背带，9-倾斜支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1，本实施例提供了一种便携式地形摄影测量系统，包括便携支架、摄像模块1和手持终端2；便携支架包括交叉连接的竖直支架3和悬持支架4；悬持支架4远离竖直支架3的一端安装摄像模块1，摄像模块1的镜头朝下布置，摄像模块1通讯连接手持终端2。

其中，摄像模块1采用本领域所公知的内置摄像头的模块，摄像模块1拍摄到的照片可通过有线或无线传输的方式通讯连接手持终端2，以便操作人员进行观测，并且操作人员也可通过手持终端2实现对摄像模块1的拍摄操作的控制。

由图1所示的结构可知，本实施例在便于人体手持或携带的便携支架上安装摄像模块1，由于摄像模块1安装在悬持支架4上，且镜头朝下布置，则在进行地形拍摄时，可自动人为调节摄像模块1的拍摄高度，并对人体前侧的地形进行正视拍摄，整套系统结构简单、成本低廉，相对于人工手持相机拍摄而言，拍摄范围得到大大的提高，可通过手持终端2操控摄像模块1，十分便捷地获取大量的低空正视地形图像，从而拍摄效率也得到有效保证。

进一步的，参见图2，本实施例中摄像模块1通讯连接第一无线传输模块5，手持终端2通讯连接第二无线传输模块6，第一无线传输模块5与第二无线传输模块6通过无线通讯连接。

具体的，在实际使用时，由摄像模块1拍摄低空正视地形图像，第一无线传输模块5实时采集摄像模块1所拍摄的照片，并通过与其无线连接的第二无线传输模块6，将照片传输至手持终端2，以便拍摄人员同步观测实时拍摄的照片，在手持终端2可安装本领域所公知的dslrremotepromulti-camera软件，操作人员可具体通过该软件实时观测到摄像模块1当前预拍摄的图像，并通过移动寻找合适的拍摄角度和位置，再通过控制摄像模块1的拍照，以获取所需的地形图像。

进一步的，本实施例中第一无线传输模块5与第二无线传输模块6为相同类型的模块，包括wifi模块、蓝牙模块、zigbee模块、3g模块、4g模块当中的任意一种。

具体的，可理解为，第一无线传输模块5与第二无线传输模块6需同时采用本领域所公知的wifi模块、蓝牙模块、zigbee模块、3g模块或4g模块当中的任意一种，以便对拍摄的照片的无线传输。

进一步的，本实施例中第一无线传输模块5集成在摄像模块1上，第二无线传输模块6集成在手持终端2上；摄像模块1为定焦相机，手持终端2为触摸屏控制器，手持终端2也可为平板电脑。

由此，通过相关模块的集成化设计，大大方便了对相关设备的安装及相应的操作，比如，在实际使用时，可在悬持支架4上直接安装当前公知的自带蓝牙或wifi模块的聚焦单反相机，以进行地形拍摄，而操作人员只需手持自带蓝牙或wifi模块的触摸屏控制器或平板电脑，以控制相应的拍摄操作即可，聚焦单反相机拍摄的照片会自动传输至触摸屏控制器或平板电脑，这样在操作上简单、便捷。

进一步的，本实施例中悬持支架4呈水平布置，悬持支架4的一端垂直连接竖直支架3的上端，悬持支架4的另一端安装摄像模块1；摄像模块1的镜头所在的光轴呈竖直布置。

具体的，参见图1，竖直支架3与悬持支架4呈垂直布置，在操作人员手持竖直支架3或将竖直支架3穿戴在身上时，悬持支架4上安装有摄像模块1的一端正好位于人体的前侧，并将摄像模块1的镜头设计为竖直朝下布置的结构，更加便于摄像模块1对人体前侧的地形进行正视拍摄。

进一步的，本实施例中竖直支架3的下端连接平衡支架7；平衡支架7上朝向摄像模块1的一侧面安装有双肩背带8；平衡支架7的重心与悬持支架4的重心相对位于竖直支架3的两侧边。

具体的，参见图1，操作人员可直接通过穿戴双肩背带8，将平衡支架7及相应的便携支架穿戴在身上，而通过设置平衡支架7，大大确保了操作人员穿戴时受力的均衡性，从而方便了在室外较好地进行地形拍摄操作。

进一步的，本实施例中竖直支架3与悬持支架4均为可调节支架，由至少两根铝合金管依次通过丝扣依次连接而成，其中，竖直支架3与悬持支架4均由两根铝合金管通过丝扣连接而成。

另外，为了确保竖直支架3与悬持支架4连接的稳固性，本实施例还包括倾斜支架9，倾斜支架9的一端连接竖直支架3，倾斜支架9的另一端连接悬持支架4，并且倾斜支架9也可采用铝合金管。

进一步的，本实施例中平衡支架7包括由铝合金管焊接而成的五面锥体结构，平衡支架7的底面呈梯形，平衡支架7朝向摄像模块1的一侧面呈三角形，并与竖直支架3共面。

具体的，参见图1，通过对平衡支架7的结构设计，在不影响操作人员的穿戴及确保穿戴人员穿戴时受力均衡的同时，还确保了穿戴人员在穿戴后，竖直支架3呈竖直布置，悬持支架4呈水平布置，以便摄像模块1对人体前侧的地形进行正视拍摄。

进一步的，本实施例中平衡支架7与竖直支架3的总高度为2～3m，悬持支架4的长度为1～2m。

具体的，参见图1，在具体设计时，平衡支架7的高为1.3m，竖直支架3由0.7m和1.0m的两根铝合金管通过丝扣连接而成，悬持支架4也由0.7m和1.0m的两根铝合金管通过丝扣连接而成，并且倾斜支架9可采用0.98m或1.12m铝合金管，该铝合金管的一端连接竖直支架3，另一端连接悬持支架4。

进一步，参见图3，本实施例还提供了一种基于上述便携式地形摄影测量系统的测量方法，包括：

s1，在待测地形周围布设多个标靶(至少3个)，并测量每个标靶的绝对位置，即得到每两个标靶之间的水平和垂直距离，如果需要获取待测地形在地理坐标系中的位置，还需要用高精度差分gps测量每一个标靶的绝对经纬度坐标；

s2，观察手持终端中所显示的预拍摄图像，在确定图像显示为待测地形后，控制摄像模块进行拍摄；

s3，移动拍摄位置，对待测地形进行多次拍摄，确保每张图像包含至少3个标靶，且任意两张拍摄的图像重叠率至少达到70％；

s4，将拍摄的图像导入agisoft等处理软件，获取点云数据，生成待测地形的厘米级精细dem。

具体的，在实际拍摄时，待测地形包括标靶、待测物体等，通常由手持终端2内安装的dslrremotepromulti-camera软件，来观测摄像模块1当前预拍摄的图像，在确定图像显示为待测地形后，再控制摄像模块1进行拍摄；在进行下次拍摄时，只需拍摄人员自身的移动来控制摄像模块1的拍摄位置的变化；针对每一处待测地形，至少围绕待测地形拍摄3张以上图像，并确保任意两张拍摄的图像重叠率至少达到70％，以拍摄出具有较高重叠率的待测地形图像，这样在将手持终端2中存储的照片导入电脑，并利用agisoft等处理软件进行分析时，便于获取点云数据，并进一步生成待测地形的厘米级精细dem。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。