专利名称：一种数字近景摄影测量方法
技术领域：
本发明属于摄影测量领域，特别涉及一种数字近景摄影测量方法。
技术背景摄影测量是利用摄影影像信息测定目标物的大小、形状、性质、空间位置 和相互关系的测量工作。其中近景摄影测量一般属于地面摄影测量的范畴，摄影距离一般在100米以内，可使用量测摄影机和非量测摄影机，但非量测摄影 机通常需经专门的试验室检定。数字摄影测量工作站(DPW)虽然已经广泛地应用 于近景摄影测量，但是其理论没有任何突破。目前多数近景摄影测量方法的理 论基础还是基于直接线性变换(DLT—Direct Linear Transformation)的单模 型作业方式，即按传统的平行摄影方式进行摄影，相邻影像构成立体模型，每 幅影像利用6个以上的外业控制点直接建立像点坐标和物方空间点坐标之间的 关系。但由于直接线性变换未知数(11个未知数)之间存在相关性，往往导致 求解的不稳定性。并且DLT对控制点的分布要求高，当控制点的分布不理想时， 易出现病态解，影响待定点的物方求解精度。同时这种作业方式需要大量的外 业控制点，在实际工程应用中精度低,工作效率低，劳动强度大。 发明内容本发明目的在于解决现有技术不足，提供一种简单高精度高效的数字近景 摄影测量方法。为实现上述目的，本发明提供一种数字近景摄影测量方法，它包扩一种新的数据获取基制一多基线摄影方法加上一套处理采用这种方法所获得的影像数 据的近景摄影测量软件.其中多基线摄影方法又包含旋转多基线摄影和平行多 基线摄影两种.两种方法所获影像的软件处理过程相同.步骤l，采用相机进行旋转多基线交向摄影，即对同一被摄区域或被摄物体 采用两个以上摄站，在每个摄站将相机绕垂轴旋转，每旋转一个角度拍摄一张照 片，旋转的角度保证相邻照片的重叠性，并且每个摄站上拍摄的相应照片影像 对准被摄区域或被摄物体的同一部分，在每个摄站拍摄的照片构成该摄站的航 带，不同摄站上相同序号的照片分别构成条带；步骤2，对使用相机按上述摄影方式拍摄所得影像数据进行处理，得到精密 测量数据成果，包括以下具体步骤，歩骤2. 1，进行相机检校得到内方位元素初值，或者直接将相机出厂时的标称值 作为内方位元素初值；步骤2.2，全自动匹配与转点，匹配方式为条带内影像匹配和相邻条带影像匹配 交叉进行，所述条带内影像匹配是指在不同摄站上相同序号的照片之间进行影 像匹配，所述相邻条带影像匹配是指在同一摄站拍摄的照片之间进行影像匹配; 步骤2.3，构建测区自由网； 步骤2. 4，控制点量测；步骤2.5，进行光束法平差或自检校光束法平差；歩骤3，根据步骤2得到的精密近景数据进行密集匹配，生成三维点云，在 三维点云基础上进行三维可视化测量分析，所述密集匹配与步骤2.2中的全自 动匹配方式一致。而且，所述采用相机进行旋转多基线交向摄影包括以下步骤，根据被摄区域或被摄物体的宽度和相机的地面覆盖范围，按水平方向划分若干 条带；根据摄影距离确定摄影基线的长度和摄站个数；在每个摄站上手持相机，通过旋转摄影的方式，对准每一条带中心进行连续摄影。而且，划分条带时，保证条带间的重叠度大于60%，相邻摄站间的基线长度 小于摄影距离的10 20%，首尾摄站间的基线长度大于摄影距离的50%。而且，当只划分1个条带时，每个摄站对准被摄区域或被摄物体的中心拍 一张照片，每相邻两张照片间保持80%的重叠。而且，在执行密集匹配生成三维点云后，对同一坐标系中的不同测区数据 进行拼接，生成综合物方三维点云。而且，当不同测区中存在公共控制点时，对拼接后的数据进行二次平差。而且，步骤3中所述三维可视化测量分析包括三维目标量测、截面分析、 生成数字表面模型和数字高程模型。而且，步骤2.2和步骤3中进行匹配时采用最小二乘匹配算法，采取特征 点提取和多级金字塔匹配的策略。而且，匹配过程中保持匹配像元观测值独立性。而且，匹配同时进行转点。本发明通过旋转多基线交向摄影方式获取的影像可作为整体进行平差，而 不用DLT和单模型解算影像的外方位元素，减少了外业控制点的个数，降低了 外业工作量；通过多基线交向摄影和相应匹配技术，解决了近景摄影测量中大 交会角影像难以实现匹配自动化和小交会角影像测量精度低的矛盾，能够提高影像匹配精度和速度，支持对近景影像的全自动处理。而且当前数字近景摄影 测量所使用的数码相机具有视场角小的特点，本发明提供旋转多基线交向摄影 可以提高摄影交会角，从而提高了交会精度，通过旋转摄影增大了每个摄站的 视场角，在没有设备成本负担的情况下减少了摄站个数，提高了作业效率。实验证明，本发明的匹配方法达到国际领先水平，每秒可匹配300 — 500个像点， 匹配正确率高于98%，利用非量测相机进行摄影测量的有效摄影距离可达到200 一1000m，相对测量精度可达到1/5000 — 1/14798，其精度是传统基于DLT算法 的近景摄影测量方案的4 — 5倍。可见本发明具有重要的市场应用价值。
图1是本发明实施例流程图； 图2是本发明拍摄原理示意图； 图3是本发明实施例三维分析处理流程图。
具体实施方式
本发明考虑借鉴成熟的航拍摄影测量来实现近景摄影测量数字化和自动 化。航拍摄影测量的基础是在空中进行连续拍摄，拍摄的照片构成航带，然后 在航带基础上进行影像匹配。但航拍是平行拍摄，而近景摄影测量存在地面高 程影响，直接借鉴航拍摄影测量技术无法解决数字近景摄影测量中的交会角，精 度和匹配之间的三角矛盾.也是国际上近景摄影测量无法发展的根本原因.本发 明从近景摄影测量方法的基础着手，提出采用旋转多基线交向摄影代替普通交 向摄影。普通交向摄影模拟人类视角，从2个不同方向对同一被摄区域或被摄 物体进行拍摄，然后匹配；而本发明的旋转多基线交向摄影实现了 "计算机视 角"，多摄站多角度进行拍摄，从而客服了数字近景摄影测量中的交会角，精度和匹配之间的三角矛盾，从而能够借鉴航拍摄影测量技术，实现数字化S动化。 本发明提供的技术方案为步骤l，采用相机(量测型相机或非量测型相机均可，可采用普通单反数码 相机)进行旋转多基线交向摄影，即对同一被摄区域或被摄物体采用两个以上 摄站，在每个摄站将相机绕垂轴旋转，每旋转一个角度拍摄 -张照片，旋转的角 度保证相邻照片的重叠性，并且每个摄站上拍摄的相应照片影像对准被摄区域 或被摄物体的同一部分，在每个摄站拍摄的照片构成该摄站的航带，不同摄站 上相同序号的照片分别构成条带；拍摄过程可以总结为包括以下步骤， 根据被摄区域或被摄物体的宽度和相机的地面覆盖范围，按水平方向划分若干 条带；根据摄影距离确定摄影基线的长度和摄站个数；在每个摄站上手持相机，通过旋转摄影的方式，对准每一条带中心进行连续摄影。为了保证摄影测量效果，本发明提供了进一步技术方案划分条带时，保证条带间的重叠度大于60%，以确保条带间有足够多的连接点。而每个摄站上相同序号的影像对准被摄区域或被摄物体的同一部分，因而它们之间的重叠度应接近100%。可见为了达到这种效果，旋转角度不是一个定值。根据摄影距离确 定摄影基线的长度和摄站个数时，相邻摄站间的基线长度应小于摄影距离的20%, 以保证相邻摄站影像间的交会角小于10° ，易于进行自动化匹配；同时，首尾摄站间的基线长度应大于摄影距离的50%，以保证测区内影像间的最大交会角大 于25° ，从而保证交会精度。值得注意的是，本发明实施时的摄站应严格坚持设置2个以上，如果只有2个摄站无法实现计算机视角。特殊情况，当只划分l 个条带时，每个摄站对准被摄区域或被摄物体的中心拍一张照片，每相邻两张照 片间保持80%的重叠，从而获得一组照片。这种方式可以称为平行多基线摄影， 对这样拍摄得到的照片与多条带划分时拍摄得到的照片后续处理实质上没有区 别，也能够达到本发明目的，属于本发明保护范围内。参见图2，按照被摄目标划分3个条带(条带l、条带2、条带3)，共设4 个摄站，每个摄站旋转拍摄3张影像。黑色圆点代表摄站，黑色直线为摄影光 束，阿拉伯数字1、 2、 3…12为影像拍摄的序号标记，虚线矩形区为同条带内 影像的地面覆盖范围。比如第1、 4、 7、 11号影像构成1个条带；第1、 2、 3 号影像构成1个航带。步骤2，根据所使用的相机对拍摄所得近景数据进行处理，得到精密近景数 据，包括以下具体步骤，歩骤2. 1，进行相机检校得到内方位元素初值，或者直接将相机出厂时的标称值 作为内方位元素初值；步骤2.2，全自动匹配与转点，匹配方式为条带内影像匹配和相邻条带影像匹配 交叉进行，所述条带内影像匹配是指在不同摄站上相同序号的照片之间进行影 像匹配，所述相邻条带影像匹配是指在同一摄站拍摄的照片之间进行影像匹配； 步骤2.3，构建测区自由网； 步骤2.4，控制点量测；步骤2.5，进行光束法平差或自检校光束法平差；步骤2中，除步骤2.2中的匹配方式与旋转多基线交向摄影方式外，其它步骤可以借鉴现有航拍摄影测量技术。本发明简单介绍具体技术细节以便实施:步骤2. 1中，若选择进行相机检校时，采用基于LCD的快速检校或基于室内三维控制场的高精度检校，首先拍摄LCD呈现的校验格网图像或室内三维控 制场，然后半自动量测拍摄得到图像中的像控点；最后平差解算出相机的内方 位元素初值。这是一种反算过程。利用自检校光束法平差对非量测相机进行在 线检校，无需高精度的室内三维控制场，便于利用非量测相机进行数字近景摄步骤2.2中，进行全自动匹配与转点。普通航拍摄影测量的全匹配步骤为 进行影像增强；进行特征点提取；单航带匹配与转点；航带间匹配与转点。而 本发明的匹配方式与旋转多基线交向摄影方式相应，匹配过程主要基于条带进 行处理，当然相邻条带影像匹配实质上是航带内影像匹配，条带内影像匹配和 相邻条带影像匹配交叉进行。具体实施时，步骤2. 2和步骤3中进行匹配时可 采用最小二乘匹配算法，匹配精度可达到子像素级；采取特征点提取和多级金 字塔匹配的策略，在大搜索范围的条件下仍能保证匹配的速度和成功率。现有 的匹配算法和匹配软件都很难处理"空间不连续"和"断裂"的物体。由于物 体在空间的深度变化从而导致物体在左右影像上的视差突变，因而必需增大匹 配的搜索范围。但是，搜索范围越大，匹配的速度越慢，误匹配率也会增加。 为了能适应适应大视差影像的匹配，本发明提出在增大搜索的同时，采取保证 匹配像元"观测值"独立性的策略，可以很好的解决了 "不连续"物体影像误 匹配率高和难以匹配的难题。匹配同时进行转点，可以进一步增强匹配效率。步骤2.3中，构建测区自由网，通过地面点的相对关系，可以反应出被摄 物体的表面高度变化。步骤2.4中，控制点量测可由以下步骤实现，由量测测区四角控制点，测区自由网平差+绝对定向；像控点预测；像控点多片量测或立体量测。步骤2. 5中，当步骤2. 1采用相机检校得到内方位元素初值时，可以选用进行光束法平差或自检校光束法平差，如果是采用相机出厂时的标称值，那么采用自检校光束法平差才可保证精度。自检校光束法平差利用平差对；读入控 制点进行绝对定向；自检校光束法平差。步骤3，根据步骤2得到的精密近景数据进行密集匹配，生成三维点云，在 三维点云基础上进行三维可视化测量分析，所述密集匹配与步骤2.2中的全自 动匹配方式一致。现有近景摄影测量技术精度不高，需要在2个已知物方点中求取内差得到 中间点的近似位置。而本发明提供的技术方案能够进行精密匹配，精度和密度 都达到高数量级，因此能够生成三维点云。在三维点云基础上进行三维可视化 测量分析，可以得到高精度结果。三维可视化测量分析属于现有成熟技术，在 三维点云技术上，可以进行三维目标量测、截面分析、生产数字表面模型(DSM) 和数字高程模型(DEM)。本发明提供具体实施时可采用的基本分析处理步骤参见 图3:首先读入影像外方位元素，读入三维点云；然后选择生成DEM、 DEM编辑、 生成正射影像，或者构建不规则三角网(TIN)、生成三维景观图；然后进行三维 可视化分析。在实际测量工程中，往往不止一个测区需要进行测量，为了得到完整数据， 可以将同一坐标系下的不同测区数据进行拼接，生成能够完整反映测量结果的 综合物方三维点云。当不同测区中存在公共控制点时，可以对拼接后的数据进行二次平差，进一步提高精度。参见图l，全自动处理的具体实施方式
流程为采用相机进行旋转多基线交向摄影；然后创建工程文件；再选择两种方式之一，一种是进行相机检校、全自动匹配与转点、建测区自由网、控制点量测、进行 光束法平差，另一种是直接将相机出厂时的标称值作为内方位元素初值、全自 动匹配与转点、建测区自由网、控制点量测、自检校光束法平差；密集匹配生 成点云；测区拼接；三维可视化分析与各类数字产品输出。
权利要求
1.一种数字近景摄影测量方法，其特征是包括以下步骤，步骤1，采用相机进行旋转多基线交向摄影，即对同一被摄区域或被摄物体采用两个以上摄站，在每个摄站将相机绕垂轴旋转，每旋转一个角度拍摄一张照片，旋转的角度保证相邻照片的重叠性，并且每个摄站上拍摄的相应照片影像对准被摄区域或被摄物体的同一部分，在每个摄站拍摄的照片构成该摄站的航带，不同摄站上相同序号的照片分别构成条带；步骤2，对使用相机按上述摄影方式拍摄所得影像数据进行处理，得到精密测量数据成果，包括以下具体步骤，步骤2.1，进行相机检校得到内方位元素初值，或者直接将相机出厂时的标称值作为内方位元素初值；步骤2.2，全自动匹配与转点，匹配方式为条带内影像匹配和相邻条带影像匹配交叉进行，所述条带内影像匹配是指在不同摄站上相同序号的照片之间进行影像匹配，所述相邻条带影像匹配是指在同一摄站拍摄的照片之间进行影像匹配；步骤2.3，构建测区自由网；步骤2.4，控制点量测；步骤2.5，进行光束法平差或自检校光束法平差；步骤3，根据步骤2得到的精密近景数据进行密集匹配，生成三维点云，在三维点云基础上进行三维可视化测量分析，所述密集匹配与步骤2.2中的全自动匹配方式一致。
2. 根据权利要求1所述的数字近景摄影测量方法，其特征是所述采用相机进行旋转多基线交向摄影包括以下步骤，根据被摄区域或被摄物体的宽度和相机的地面覆盖范围，按水平方向划分若干 条带；根据摄影距离确定摄影基线的长度和摄站个数；在每个摄站上手持相机，通过旋转摄影的方式，对准每一条带中心进行连续摄影。
3. 根据权利要求2所述的数字近景摄影测量方法，其特征是划分条带时，保证条带间的重叠度大于60%，相邻摄站间的基线长度小于摄影距离的10 20%， 首尾摄站间的基线长度大于摄影距离的50%。
4. 根据权利要求2所述的数字近景摄影测量方法，其特征是当只划分l个条 带时，每个摄站对准被摄区域或被摄物体的中心拍一张照片，每相邻两张照片间 保持80%的重叠。
5. 根据权利要求1所述的数字近景摄影测量方法，其特征是在执行密集匹配生成三维点云后，对同一坐标系中的不同测区数据进行拼接，生成综合物方三维点云。
6. 根据权利要求5所述的数字近景摄影测量方法，其特征是当不同测区中存在公共控制点时，对拼接后的数据进行二次平差。
7. 根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的数字近景摄影测量方法，其特 征是步骤3中所述三维可视化测量分析包括三维目标量测、截面分析、生成 数字表面模型和数字高程模型。
8. 根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的数字近景摄影测量方法，其特 征是歩骤2.2和步骤3中进行匹配时采用最小二乘匹配算法，采取特征点提一种利用气体作为传热介质的太阳能蓄热装置技术领域本发明涉及一种太阳能蓄热装置。
技术背景在社会对能源需求和要求不断增加的今天，清洁的太阳能热发电技术正扮演着越来越重 要的角色。太阳能热发电技术中蓄热材料的选择方面相变蓄热比显热蓄热具有更高的效率， 相变系统对显热系统的优点在于其较高的热容量。利用相变蓄热的蓄热装置的专利已有很 多，例如，GB 2 283 307公开了一种已知的包含容器的蓄热装置，容器在使用时包含例如水 的蓄热介质和例如l， 1， l一三氯乙垸的传热流体。中国专利CN86208443公开了一种以蓄热材 料NaCH:,COO 3H20为介质的利用相变蓄热的蓄热装置。已有的这些装置多是针对以水或者盐溶液作为传热介质的蓄热装置。但是，由于太阳能 随气候变化不定，因此蒸汽的参数很难控制，而且热量损失大；熔盐有相对高的熔化点(120 'C-14(TC)，所流经的管路在系统启动时要进行预热。 发明内容本发明的目的是提供一种利用气体作为传热介质的太阳能蓄热装置，该蓄热装置结构简 单、效率高，适用于以气体作为传热介质。为了实现上述目的，本发明的技术方案是 一种利用气体作为传热介质的太阳能蓄热装 置，其特征在于它包括储热室壳体、保温材料金属管道、支撑架、进气管、出气管、储热室 门；储热室壳体由储热室外壁和储热室内壁组成，储热室外壁与储热室内壁之间围成密封的 保温腔，保温腔内填充有保温材料，储热室门的一端与储热室壳体铰接，储热室门关闭时， 储热室门与储热室内壁围成密封的储热空间；进气管与出气管非对称设置在储热室壳体上， 进气管、出气管分别与储热空间相通；储热空间内至少设有一层支撑架，支撑架与储热室内 壁固定连接，支撑架上放置有金属管道，金属管道内封装有蓄热材料；储热空间内的传热介 质为气体。储热室外壁和储热室内壁采用耐高温的钢板制成。进气管位于储热室壳体的一侧，出气管位于储热室壳体的另一侧，进气管与出气管位于 不同的高度上。金属管道采用耐高温耐腐蚀合金。 金属管道为S型。本发明的有益效果是采用上述结构，其结构简单，适用于以气体作为传热介质；本发 明的蓄热装置内热交换过程充分、可逆，换热效率高。使用气体作为传热介质，不仅能和蒸 汽驱动的汽轮机，还可以直接利用高温空气驱动燃气轮机，效率更高。
全文摘要
本发明属于摄影测量领域，特别涉及一种数字近景摄影测量方法，包括以下步骤采用相机进行旋转多基线交向摄影；根据所使用的相机对拍摄所得近景数据进行处理，得到精密近景数据，包括以下具体步骤，得到内方位元素初值，全自动匹配与转点，匹配方式为条带内影像匹配和相邻条带影像匹配交叉进行；构建测区自由网；控制点量测；进行光束法平差或自检校光束法平差；根据得到的精密近景数据进行密集匹配，生成三维点云，在三维点云基础上进行三维可视化测量分析。本发明经旋转多基线交向摄影获取的影像作为整体进行平差，减少外业控制点个数，降低外业工作量；通过多基线交向摄影和相应匹配技术，提高匹配精度和速度，支持对近景影像的全自动处理。
文档编号G01C11/00GK101226057SQ20081004685
公开日2008年7月23日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者吴百川, 张祖勋 申请人:武汉朗视软件有限公司