本发明涉及自动建模的技术领域，尤其是涉及一种基于卫星影像自动建模的方法。
背景技术：
随着地理信息技术和互联网技术的快速发展，各行各业对信息展示的直观性、真实性都提出了很高的要求，三维模型构建技术研究越来越受到重视。目前，三维建模的方法主要有：人工建模和基于航空影像的自动建模。
上述描述的两种现有的三维建模方法在模型的构建方面还有相当多的缺点：第一，在传统的人工建模方法进行建模时，获取到的建筑物上部和顶面纹理较少、且传统的人工建模方法依靠人工来进行建模，这就导致建模效率较低，建模周期长，且建模费用高。第二，在通过基于航空影像的方法进行建模时，模型数据的生产主要采用航拍摄影的方式进行源数据的获取；通过该途径获取源数据成本较高、速度慢，且极易受到天气和空域的影响，致使建模得到的三维模型构建成本高、周期长。
针对上述问题，还未提出有效解决方案。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于卫星影像自动建模的方法，以缓解了现有技术中存在的建模成本高和建模周期长的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于卫星影像自动建模的方法，包括：获取卫星采集到的待建模对象的图像参数，所述图像参数包括：立体像对的卫星数据和多像对的卫星数据中的至少之一；对获取到的所述图像参数进行裁切，得到纹理图像；基于倾斜三维建模方法和所述纹理图像对所述待建模对象进行建模，得到所述待建模对象的目标模型；将所述纹理图像对应的贴合在所述目标模型上，得到所述待建模对象的模型。
进一步地，基于倾斜三维建模方法对所述待建模对象进行建模，得到所述待建模对象的目标模型包括：基于所述倾斜三维建模方法和所述卫星的轨道参数对所述纹理图像进行定向处理，得到定向结果，其中，所述定向结果为所述待建模对象上各同名点在空间中的实际坐标和高程数据；基于所述定向结果进行自动建模，得到所述待建模对象的目标模型。
进一步地，基于所述倾斜三维建模方法和所述卫星的轨道参数对所述纹理图像进行定向处理，得到定向结果包括：基于所述倾斜三维建模方法和所述卫星的轨道参数对所述纹理图像中的同名点进行无控制定向处理，得到所述同名点的三角网；通过预先采集到的外业控制点对所述三角网进行绝对定向处理，得到所述纹理图像中各同名点的实际坐标和高程数据，并将所述各同名点的实际坐标数据和高程作为所述定向结果。
进一步地，基于所述定向结果进行自动建模，得到所述待建模对象的目标模型包括：对所述各同名点的实际坐标和高程数据进行处理，生成点云数据；通过所述点云数据进行三维tin模型的构建，并将所述三维tin模型作为所述目标模型。
进一步地，将所述纹理图像对应的贴合在所述目标模型上，得到所述待建模对象的模型包括：确定所述三维tin模型与所述纹理图像之间的对应关系；基于所述对应关系将所述纹理图像贴合在所述三维tin模型上，得到所述待建模对象的模型。
进一步地，对所述各同名点的实际坐标和高程数据进行处理，生成点云数据包括：对所述各同名点的实际坐标和高程数据进行解算得到外方位元素，并基于解算结果创建立体像对；对所述立体图像对进行多视影像密集匹配，得到所述点云数据。
进一步地，通过所述点云数据进行三维tin模型的构建包括：对所述点云数据进行切割分块，以构建三角网，并将所述三角网与所述纹理图像进行分辨匹配，从而生成所述三维tin模型。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于卫星影像自动建模的装置，包括：获取单元，用于获取卫星采集到的待建模对象的图像参数，所述图像参数包括：立体像对的卫星数据和多像对的卫星数据中的至少之一；裁切单元，用于对获取到的所述图像参数进行裁切，得到纹理图像；建模单元，用于基于倾斜三维建模方法和所述纹理图像对所述待建模对象进行建模，得到所述待建模对象的目标模型；贴合单元，用于将所述纹理图像对应的贴合在所述目标模型上，得到所述待建模对象的模型。
进一步地，所述建模单元包括：定向模块，用于基于所述倾斜三维建模方法和所述卫星的轨道参数对所述纹理图像进行定向处理，得到定向结果，其中，所述定向结果为所述待建模对象上各同名点在空间中的实际坐标和高程数据；建模模块，用于基于所述定向结果进行自动建模，得到所述待建模对象的目标模型。
进一步地，所述定向模块用于：基于所述倾斜三维建模方法和所述卫星的轨道参数对所述纹理图像中的同名点进行无控制定向处理，得到所述同名点的三角网；通过预先采集到的外业控制点对所述三角网进行绝对定向处理，得到所述纹理图像中各同名点的实际坐标和高程数据，并将所述各同名点的实际坐标高程数据作为所述定向结果。
在本发明实施例中，首先获取卫星采集到的待建模对象的图像参数，其中，图像参数包括：立体像对的卫星数据和多像对的卫星数据中的至少之一；然后，对获取到的图像参数进行裁切，得到纹理图像；接下来，基于倾斜三维建模方法和纹理图像对待建模对象进行建模，得到待建模对象的目标模型；最后，将纹理图像对应的贴合在目标模型上，得到待建模对象的模型。在本发明实施例中，采用卫星采集的数据影像，能够解决了现有三维自动建模技术中建模周期长和建模成本高的技术问题，达到了低成本，短周期建模的技术效果。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本发明实施例提供的一种卫星影像自动建模的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的基于倾斜三维建模方法流程图；
图3为本发明实施例提供的点云数据图；
图4为本发明实施例提供的tin模型图；
图5为本发明实施例提供的待建模对象模型图；
图6为本发明实施例提供的一种卫星影像自动建模装置的示意图。
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，下面将结合附图对本发明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做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。
实施例一：
根据本发明实施例，提供了一种基于卫星影像自动建模的方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的一种卫星影像自动建模的方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤s102，获取卫星采集到的待建模对象的图像参数，所述图像参数包括：立体像对的卫星数据和多像对的卫星数据中的至少之一；
步骤s104，对获取到的所述图像参数进行裁切，得到纹理图像；
步骤s106，基于倾斜三维建模方法和所述纹理图像对所述待建模对象进行建模，得到所述待建模对象的目标模型；
步骤s108，将所述纹理图像对应的贴合在所述目标模型上，得到所述待建模对象的模型。
需要说明的是，上述步骤s102至步骤s108可以在三维建模软件中来实现。
在本发明实施例中，首先获取卫星采集到的待建模对象的图像参数，其中，图像参数包括：立体像对的卫星数据和多像对的卫星数据中的至少之一；然后，对获取到的图像参数进行裁切，得到纹理图像；接下来，基于倾斜三维建模方法和纹理图像对待建模对象进行建模，得到待建模对象的目标模型；最后，将纹理图像对应的贴合在目标模型上，得到待建模对象的模型。在本发明实施例中，采用卫星采集的数据影像，能够解决了现有三维自动建模技术中建模周期长和建模成本高的技术问题，达到了低成本，短周期建模的技术效果。
在本发明实施例中，上述所述步骤s102中获取到的卫星采集到的待建模对象的图像参数中包括：立体像对的卫星数据和多像对的卫星数据中的至少之一。
在本发明实施例中，图像参数又可以称为航天遥感卫星采集到的图像影像，该图像影像为一系列高分辨率多立体图像对遥感卫星影像。通过多立体图像对遥感卫星影像进行三维建模时，能够高效、快速、现势性强的实景三维场景重现，极大的降低了目前倾斜摄影实景三维建模技术中数据获取的难度及成本，提高建模速度和真实度。
在本发明实施例中，可以预先通过地面接收站向指定卫星发送获取图像参数的请求；该指定卫星在接收到该请求后，自动调整陀螺仪，向沿轨方向或者跨轨方向移动拍摄所需图像参数。并在拍摄完成之后，将得到的图像参数输送回地面接收站，然后，就可以将从地面接收站接收到的图像参数进行裁切处理，并将处理之后的图像参数导入至三维建模软件中进行运算处理。
需要说明的是，在本发明实施例中，指定卫星所采用的摄影方式为倾斜摄影方式，通过倾斜摄影方式摄影得到的为倾斜影像。
在采集到的图像参数之后，就可以对图像参数进行裁切，在一个可选的实施方式中，可以通过下述方式对获取到的所述图像参数进行裁切，具体包括：
地面接收站接收到所有所需图像参数后，利用三维建模软件将所需图像参数按照10000*10000像素进行裁切，同一方向裁切重叠度为1000像素值，从而裁切得到所述纹理图像。
在得到纹理图像之后，就可以基于三维建模软件的倾斜三维建模方法和纹理图像对所述待建模对象进行建模，得到待建模对象的目标模型。
在本发明实例中，倾斜影像中不仅有垂直摄影数据还包括大倾角侧视摄影数据。以倾斜摄影瞬间pos系统的观测值作为多角度倾斜影像的初始方位元素，根据成像模型，可计算每个像元的物方坐标。利用基于物方的多基线多特征匹配技术可生成倾斜影像之间大量的连接点，结合少量的外业控制点通过区域网平差，可实现多视角联合空中三角测量和同名点坐标报告。该报告可以用于理解场景和待建模对象的空间结构并且直接应用于下一步匹配和建模。
在另一个可选的实施方式中，上述步骤s106包括如下步骤：
步骤s1061，基于所述倾斜三维建模方法和所述卫星的轨道参数对所述纹理图像进行定向处理，得到定向结果，其中，所述定向结果为所述待建模对象上各同名点在空间中的实际坐标和高程数据；
步骤s1062，基于所述定向结果进行自动建模，得到所述待建模对象的目标模型。
具体地，在本发明实施例中，首先，通过三维建模软件中的倾斜三维建模方法和卫星的轨道参数，对纹理图像进行定向处理，得到的定向结果为待建模对象上各同名点在空间中的实际坐标和高程数据。例如，某一个大厦上的各同名点在实际地理空间中的坐标和高程数据。在得到定向结果之后，就可以基于定向结果进行自动建模，得到待建模对象的目标模型，也即三维模型。
在另一个可选的实施方式中，如图2所示，上述步骤s1061包括如下步骤：
步骤s11，基于所述倾斜三维建模方法和所述卫星的轨道参数对所述纹理图像中的同名点进行无控制定向处理，得到所述同名点的三角网；
步骤s12，通过预先采集到的外业控制点对所述三角网进行绝对定向处理，得到所述纹理图像中各同名点的实际坐标和高程数据，并将所述各同名点的实际坐标和高程数据作为所述定向结果。
具体地，基于所述倾斜三维建模方法和所述卫星的轨道参数对所述纹理图像中的同名点进行无控制定向处理，得到所述同名点的三角网。同名点为所述待建模对象上的某一点在不同的纹理图像上的像点；所述同名点为多个，需要为每个同名点构建三角网。
接下来，通过预先采集到的外业控制点对所述三角网进行绝对定向处理，得到所述纹理图像中各同名点的实际坐标和高程数据，并将所述各同名点的实际坐标和高程数据作为所述定向结果；其中，所述外业控制点为外业工作人员在户外采集的点的坐标和高程数据，该坐标和高程数据为一个txt文件，可以直接导入三维建模软件中。
在另一个可选的实施方式中，如图2所示，上述步骤s1062包括如下步骤：
步骤s21，对所述各同名点的实际坐标和高程数据进行处理，生成点云数据；
步骤s22，通过所述点云数据进行三维tin模型的构建，并将所述三维tin模型作为所述目标模型。
具体地，首先对所述各同名点的实际坐标和高程数据进行处理，生成点云数据，生成的点云数据可以为类似如图3所示的点云数据图。
在本发明实例中，根据对所述各同名点解算得到的高精度外方位元素和矫正后的纹理影像，创建立体像对，充分利用纹理影像的特征信息，对多视影像进行密集匹配，在该阶段特征点局部的变形信息可以依靠外方位元素解求得到，密集匹配的是纹理影像上几乎所有同名点，三维建模软件能够有效的利用多视冗余信息，避免遮挡对匹配产生的影响。利用并行算法快速的获得待建模对象的高密度三维点云数据。
在生成点云数据之后，就可以通过所述点云数据进行三维tin模型的构建，并将所述三维tin模型作为所述目标模型，其中，目标模型可以为类似如图4所示的模型图。
在本发明实例中，经过密集匹配获得的高密度点云数据量很大，需要进行切割分块。可根据计算机性能以及设置的优先级别对切块的点云数据进行不规则三角网构建。具体为：①利用同一地物不同角度的影像信息，采用参考影像不固定的匹配策略逐像素匹配；②基于多视匹配的冗余信息，避免遮挡对匹配产生的影响，再引入并行算法提高计算效率以快速准确地获取多视影像上同名点坐标，进而获取地物的高密度三维点云数据；③基于点云构建不同层次细节度(levelsofdetail)下的三角网(tin)模型。通过对三角网优化，将内部三角的尺寸调整至与纹理图像分辨相匹配的比例，同时通过对连续曲而变化的分析对相对平坦地区的三角网络进行简化，降低数据冗余，获得三维tin模型。
在本发明实施例中，在得到纹理图像和目标模型之后，就可以将纹理图像对应的贴合在目标模型上，得到待建模对象的模型。其中，如图5所示的即为待建模对象的模型。
在本发明实施例中，可以通过三维建模软件来实现贴图处理，其中，三维建模软件所采用的贴图方式为自动纹理映射的方式，具体地，自动纹理映射的贴图处理过程描述如下：
在本发明实例中，自动纹理映射由于待建模对象的同一位置会出现多张纹理图像，因此实现三维模型与纹理图像的准确关联是至关重要的。三维建模软件采用如下原理进行关联：①确定三维tin模型上的三角面片对应的相机：计算三角形法向量与每张影像中心反投影方向的夹角，夹角越小，说明该三角形面片与纹理图像平面约接近平行，纹理质量越高，取夹角最小的纹理影像。②计算三维tin模型的每个三角形与纹理影像中对应区域之间的几何关系，找到每个三角形面在纹理图像中对应的实际纹理区域，实现三维tin模型与纹理图像的配准。三维建模软件中点云匹配及纹理映射过程都是基于瓦块技术，将整个建模区域分割成若干个一定大小的瓦块，工程运行过程中可以实时查看各瓦块的运行状态及成果，基于多节点的并行处理机制，将每个瓦块作为一个独立任务，自动分配给各计算节点进行点云提取、三维模型生成、待建模对象模型与纹理图像的配准和纹理贴附等。
在本发明实例中，模型生成lod(层次细节度，levelsofdetail)及输出待建模对象模型，三维建模软件在模型输出阶段，为便于优化相应的文件组织结构，提高待建模对象模型分层次浏览的效率，首先为带纹理的模型建立多细节的3个层次lod，然后将剩余层级lod细分转换生成金字塔，这样便于待建模对象模型缩放过程中能够进行不同层级数据的快速刷新。最后通过工程转换输出三维待建模对象模型。
实施例二：
本发明实施例还提供了一种基于卫星影像自动建模的装置，该基于卫星影像自动建模装置主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的基于卫星影像自动建模方法，以下对本发明实施例提供的基于卫星影像自动建模装置做具体介绍。
图6是根据本发明实施例的一种基于卫星影像自动建模装置的示意图，如图6所示，该基于卫星影像自动建模装置主要包括：获取单元10，裁切单元20，建模单元30和贴合单元40，其中：
获取单元10，用于获取卫星采集到的待建模对象的图像参数，所述图像参数包括：立体像对的卫星数据和多像对的卫星数据中的至少之一；
裁切单元20，用于对获取到的所述图像参数进行裁切，得到纹理图像；
建模单元30，用于基于倾斜三维建模方法和所述纹理图像对所述待建模对象进行建模，得到所述待建模对象的目标模型；
贴合单元40，用于将所述纹理图像对应的贴合在所述目标模型上，得到所述待建模对象的模型。
在本发明实施例中，首先获取卫星采集到的待建模对象的图像参数，其中，图像参数包括：立体像对的卫星数据和多像对的卫星数据中的至少之一；然后，对获取到的图像参数进行裁切，得到纹理图像；接下来，基于倾斜三维建模方法和纹理图像对待建模对象进行建模，得到待建模对象的目标模型；最后，将纹理图像对应的贴合在目标模型上，得到待建模对象的模型。在本发明实施例中，采用卫星采集的数据影像，能够解决了现有三维自动建模技术中建模周期长和建模成本高的技术问题，达到了低成本，短周期建模的技术效果。
可选地，所述建模单元包括：定向模块，用于基于所述倾斜三维建模方法和所述卫星的轨道参数对所述纹理图像进行定向处理，得到定向结果，其中，所述定向结果为所述待建模对象上各同名点在空间中的实际坐标数据；建模模块，用于基于所述定向结果进行自动建模，得到所述待建模对象的目标模型。
可选地，所述定向模块用于：基于所述倾斜三维建模方法和所述卫星的轨道参数对所述纹理图像中的同名点进行无控制定向处理，得到所述同名点的三角网；通过预先采集到的外业控制点对所述三角网进行绝对定向处理，得到所述纹理图像中各同名点的实际坐标和高程数据，并将所述各同名点的实际坐标和高程数据作为所述定向结果。
可选地，所述建模模块用于：对所述各同名点的实际坐标和高程数据进行处理，生成点云数据；通过所述点云数据进行三维tin模型的构建，并将所述三维tin模型作为所述目标模型。
可选地，所述建模模块还用于：对所述各同名点的实际坐标数据进行解算得到外方位元素，并基于解算结果创建立体像对；对所述立体像对进行多视影像密集匹配，得到所述点云数据。
可选地，所述建模模块还用于：对所述点云数据进行切割分块，以构建三角网，并将所述三角网与所述纹理图像进行分辨匹配，从而生成所述三维tin模型。
可选地，贴合单元用于：确定所述三维tin模型与所述纹理图像之间的对应关系；基于所述对应关系将所述纹理图像贴合在所述三维tin模型上，得到所述待建模对象的模型。
另外，在本发明实施例的描述中，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。