一种基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统，包括如下步骤：估测目标高程范围，对目标进行航空倾斜拍摄，记录所有照片对应相机的外方位元素和内方位元素；取照片A中的像素点a，寻找第一射线，截取第一射线在h1-h2范围内的线段，即第一空间线段；取照片B，将所述第一空间线段在照片B上投影，得到第一核线，找到像素同名点b；连接像素同名点b与拍摄照片B时相机的中心点并向目标点方向延伸形成第二射线，第一射线与第二射线的交点即像素点a对应的三维空间坐标；本发明提供一种方案有效解决三维实景建模与仿真问题，填补了该领域的空缺；快速获得三维数字城市和农村住宅，解决目前获取实时三维模型难的问题。
【专利说明】一种基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机【技术领域】，特别涉及一种基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统。
【背景技术】
[0002]航空倾斜摄影测量:是指倾斜地理定位与测量系统。基本原理是通过在航飞器上安装前后、左右、垂直五个方向的相机，连续拍摄地球表面，通过相片的重叠形成立体相对，然后通过射线前方交会计算三维空间坐标。这种摄影测量方法，简称为“倾斜测量”。它可应用于三维数字城市建模、农村住宅建模、三维实景建模、工程测量和三维模型数据展示与浏览。
[0003]倾斜地理定位与测量系统:根据斜拍照片、GPS、IMU等信息实现了在斜片上定位得到某些兴趣点的三维坐标。这种算法的缺点主要是依赖人工交互测量获得某些特征点，对作业人员技能要求高、取点效率低，不能自动获得三维坐标点。航空机载激光雷达扫描系统:通过激光测距、GPS、IMU等信息结合可以直接获得高密度地表三维坐标点，结合数码相机照片还可以得到正射影象(DOM)。缺点，无法处理建筑、树木等侧面信息、后期需要经过专业建模师做3D建模才能得到三维建筑模型。地面激光雷达扫描系统:通过激光雷达扫描和数码相机可以生成三维建筑、树木等模型。缺点，因受遮挡扫描测量作业效率低，只适合小范围建模；无法获得高层建筑物的顶部信息。
【发明内容】
[0004]本发明设计开发了一种基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统，能快速获得三维数字城市和农村住宅，解决目前获取实时三维模型难的问题。
[0005]本发明提供的技术方案为:
[0006]一种基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统，包括如下步骤:
[0007]步骤一:估测目标闻程范围，将目标所在区域的地表最小闻度记录为Ii1和最大闻度记录为h2 ；
[0008]步骤二:对目标进行航空倾斜拍摄，记录所有照片对应相机的外方位元素和内方位元素；
[0009]步骤三:取照片A中的像素点a，连接像素点a与拍摄照片A时相机的中心点并向目标点方向延伸形成第一射线，截取第一射线在Ii1-1i2范围内的线段，即第一空间线段；取照片B，将所述第一空间线段在照片B上投影，得到第一核线；
[0010]步骤四:取以像素点a为中心一定范围内的像素，计算它们的颜色梯度差，制成匹配模板，将所述匹配模板在第一核线上移动，寻找第一核线上颜色梯度差与所述匹配模板最接近的点，即像素同名点b;
[0011]步骤五:连接像素同名点b与拍摄照片B时相机的中心点并向目标点方向延伸形成第二射线，第一射线与第二射线的交点即像素点a对应的三维空间坐标；
[0012]步骤六:根据上述方法计算像素同名点b对应的三维空间坐标以及其它照片中目标点对应的三维空间坐标。
[0013]优选的是，所述基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统中，所述的外方位元素包括相机的中心位置和XYZ轴三个方向的旋转角；所述内方位元素包括相机的焦距、底片的大小和成像扭曲畸变参数。
[0014]优选的是，所述基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统中，所述基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模方法还包括以下步骤:
[0015]步骤六:平差处理像素点的三维坐标，将目标点对应的所有的三维空间坐标经过去除噪声和平差拟合计算，得到目标点的最终三维空间坐标；
[0016]步骤七:根据照片中各个像素点在照片中的二维坐标构造TIN三角网，由TIN网中每个三角形对应的三维空间坐标计算三维空间中三角形所在的平面方程，对共平面的相邻三角形合并得到平面多边形，去除多边形内部顶点，得到三维空间的多边形；
[0017]步骤八:对所有照片对应的三维空间多边形进行合并，合并过程中，若有同名顶点，只保留一个，去除合并后的三维空间多边形内部的顶点，更新三维模型网格；去除三维模型网格中孤立点及孤立三角形，建立最终三维模型网格；
[0018]步骤九:提取TIN三角网中纹理像素，将取得的像素合并为多张大图，与所述三维模型网格一起按3D模型标准格式合并输出结果。
[0019]优选的是，所述基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统中，在提取TIN三角网中纹理像素时，若有重叠区域，取分辨率最高的TIN三角网的纹理像素。
[0020]本发明的有益效果在于:提供一种方案，利用基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统有效解决三维实景建模与仿真问题，填补了该领域的空缺，能快速高效的得到建筑的形态结构参数，真实感强，精确度高；另一方面本发明能快速获得三维数字城市和农村住宅，解决目前获取实时三维模型困难的问题。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0022]一种基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统，包括如下步骤:
[0023]步骤一:估测目标闻程范围，将目标所在区域的地表最小闻度记录为Ii1和最大闻度记录为h2 ；
[0024]步骤二:对目标进行航空倾斜拍摄，记录所有照片对应相机的外方位元素和内方位元素；
[0025]步骤三:取照片A中的像素点a，连接像素点a与拍摄照片A时相机的中心点并向目标点方向延伸形成第一射线，截取第一射线在Ii1-1i2范围内的线段，即第一空间线段；取照片B，将所述第一空间线段在照片B上投影，得到第一核线；
[0026]步骤四:取以像素点a为中心一定范围内的像素，计算它们的颜色梯度差，制成匹配模板，将所述匹配模板在第一核线上移动，寻找第一核线上颜色梯度差与所述匹配模板最接近的点，即像素同名点b;
[0027]步骤五:连接像素同名点b与拍摄照片B时相机的中心点并向目标点方向延伸形成第二射线，第一射线与第二射线的交点即像素点a对应的三维空间坐标；
[0028]步骤六:根据上述方法计算像素同名点b对应的三维空间坐标以及其它照片中目标点对应的三维空间坐标。
[0029]所述基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统中，所述的外方位元素包括相机的中心位置和XYZ轴三个方向的旋转角；所述内方位元素包括相机的焦距、底片的大小和成像扭曲畸变参数。
[0030]所述基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统中，所述基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模方法还包括以下步骤:
[0031]步骤六:平差处理像素点的三维坐标，将目标点对应的所有的三维空间坐标经过去除噪声和平差拟合计算，得到目标点的最终三维空间坐标；
[0032]步骤七:根据照片中各个像素点在照片中的二维坐标构造TIN三角网，由TIN网中每个三角形对应的三维空间坐标计算三维空间中三角形所在的平面方程，对共平面的相邻三角形合并得到平面多边形，去除多边形内部顶点，得到三维空间的多边形；
[0033]步骤八:对所有照片对应的三维空间多边形进行合并，合并过程中，若有同名顶点，只保留一个，去除合并后的三维空间多边形内部的顶点，更新三维模型网格；去除三维模型网格中孤立点及孤立三角形，建立最终三维模型网格；
[0034]步骤九:提取TIN三角网中纹理像素，将取得的像素合并为多张大图，与所述三维模型网格一起按3D模型标准格式合并输出结果。
[0035]所述基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统中，在提取TIN三角网中纹理像素时，若有重叠区域，取分辨率最高的TIN三角网的纹理像素。
[0036]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
【权利要求】
1.一种基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:估测目标闻程范围，将目标所在区域的地表最小闻度记录为Ii1和最大闻度记录为h2 ； 步骤二:对目标进行航空倾斜拍摄，记录所有照片对应相机的外方位元素和内方位元素； 步骤三:取照片A中的像素点a，连接像素点a与拍摄照片A时相机的中心点并向目标点方向延伸形成第一射线，截取第一射线在Ii1-1i2范围内的线段，即第一空间线段；取照片B，将所述第一空间线段在照片B上投影，得到第一核线； 步骤四:取以像素点a为中心一定范围内的像素，计算它们的颜色梯度差，制成匹配模板，将所述匹配模板在第一核线上移动，寻找第一核线上颜色梯度差与所述匹配模板最接近的点，即像素同名点b; 步骤五:连接像素同名点b与拍摄照片B时相机的中心点并向目标点方向延伸形成第二射线，第一射线与第二射线的交点即像素点a对应的三维空间坐标； 步骤六:根据上述方法计算像素同名点b对应的三维空间坐标以及其它照片中目标点对应的三维空间坐标。
2.如权利要求1所述的基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统，其特征在于，所述的外方位元素包括相机的中心位置和XYZ轴三个方向的旋转角；所述内方位元素包括相机的焦距、底片的大小和成像扭曲畸变参数。
3.如权利要求2所述的基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统，其特征在于，所述基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模方法还包括以下步骤: 步骤六:平差处理像素点的三维坐标，将目标点对应的所有的三维空间坐标经过去除噪声和平差拟合计算，得到目标点的最终三维空间坐标； 步骤七:根据照片中各个像素点在照片中的二维坐标构造TIN三角网，由TIN网中每个三角形对应的三维空间坐标计算三维空间中三角形所在的平面方程，对共平面的相邻三角形合并得到平面多边形，去除多边形内部顶点，得到三维空间的多边形； 步骤八:对所有照片对应的三维空间多边形进行合并，合并过程中，若有同名顶点，只保留一个，去除合并后的三维空间多边形内部的顶点，更新三维模型网格；去除三维模型网格中孤立点及孤立三角形，建立最终三维模型网格； 步骤九:提取TIN三角网中纹理像素，将取得的像素合并为多张大图，与所述三维模型网格一起按3D模型标准格式合并输出结果。
4.如权利要求1所述的基于航空倾斜摄影测量的三维实景建模系统，其特征在于，在提取TIN三角网中纹理像素时，若有重叠区域，取分辨率最高的TIN三角网的纹理像素。
【文档编号】G06F17/50GK104361628SQ201410699464
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】潘树青, 陈正伟, 彭越, 韦心意, 韦喆 申请人:南宁市界围工程咨询有限公司