多基线数字近景摄影测量系统 ——Lensphoto

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1 多基线数字近景摄影测量系统 ——Lensphoto
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2 一、系统简介 改变传统的近景摄影手工测量方式，利用计算机实现近景摄影测量的自动化工作，提高生产效率，降低劳动强度，是完全可能和必要的。《Lensphoto多基线数字近景摄影测量系统》正是为了实现这个目标而诞生的。 本系统利用张祖勋院士提出的计算机视觉代替人眼的“短基线、多影像摄影测量”原理，将少量全站仪测量的高精度点位坐标与摄影测量丰富的影像信息结合起来，建立高精度的地形数字化模型。 “短基线、多影像摄影测量”的主要特点是：首先按要求拍摄大量具有较短基线和不同交会角的序列影像，然后通过少量物方控制点的空间坐标及其对应的像点坐标建立空间关系，从而解算出相机参数和影像外方位元素；进而计算出由先进匹配算法获取的大量同名点的空间坐标。 使用本系统可以大大提高生产效率，降低工作者野外的劳动强度。

3 近景领域跨了五十年的一大步--从人眼双目观测原理到计算机视觉原理 摄影测量理论的一个重大突破 Lensphoto是一套全新数字近景摄影测量系统。它采用普通定焦单反数码相机对测量对象（区域）拍摄几组照片，以全站仪测出很少量控制点的空间坐标，便可以很快的自动化生成被测对象（整个区域）的精确DEM及基于影像的密集点云（DSM） 高技术： 1、空间一个点不再是由两条光线前交而得，而是 由多条光线前交而得； 2、全新的近景摄影测量原理：多张照片多个象对 生成一个模型，多个模型整体全自动匹配； 3、突破传统的非量测相机的直接线性变换的要求， 能够直接利用航空摄影测量的自检校区域网平差； 4、新的机制：多基线摄影测量； 5、新的数据获取方式：旋转多基线摄影测量； 6、新的影像匹配算法：适应于被摄物的空间分布不 连续，断裂，遮挡。 多基线摄影，多光线交会

4 Lensphoto软件数据处理流程图 数据输入 外业摄影 控制点 空三匹配 空三测量及区域网光束法平差 加密匹配
DEM---点云---等高线 三维表面模型重建 输出：DXF格式 输出：SCS格式 立体测图、平面测图 全自动化

5 二、外业作业方式 现场考察 制定拍摄计划 布置控制点 拍摄影象

6 2.1 现场考察 广角定焦镜头EF28mm f/1.8USM 0-80米 标准定焦镜头EF50mm f/1.4USM 米 中远摄定焦镜头EF85mm f/1.8USM 米 中远摄定焦镜头EF100mm f/2USM 米 远摄定焦镜头EF135mm f/2LUSM 米 远摄定焦镜头EF200mm f/2.8LIIUSM 米 拍摄之前应该对现场进行考察，主要包括以下内容： a、被拍摄物体周围环境考察 b、选择拍摄距离和拍摄地点 c、根据被拍摄物体特点和拍摄距离选择合适相机镜头 d、根据相机的视场角和被摄物体成像的范围设计控制点分布图等

7 2.2制定拍摄计划 根据被摄对象周围的地理环境，至少布置3个摄站，相应的摄站越多越利于内业处理时提高精度。
经过现场考察并选取合适的相机镜头之后，就必须制定拍摄计划，主要包括以下几个内容： a、根据被摄物体特点确定摄站个数 b、根据视场角和基线长度，确定每个摄站上要拍摄的像片数 需要拍摄的相片数≈被摄物体的总宽度÷相幅的宽度的40％

8 摄站设立的注意事项： 设立守则1：摄站应均匀分布在被摄物体宽度的中心位置。 设立守则2：摄站间的距离应当为平均摄距的1/10。 示例：
X Y I II IV III 30m 1 2 3 4 300m 示例： 本次外业拍摄近距200米，远距400多米，平均距离在300米左右。采用组合基线拍摄方法，分为四个摄站拍摄。那么摄站的间距应为300÷10＝30（m） 设立方法如右图所示 ：

9 2.3布置控制点 样例： 为了使拍的的照片可供量测，并且可提供高的量测精度，那么我们在外业拍摄的时候必须给所拍摄对象布置控制点。
控制点标牌的制作 ： 控制点中间会有十字丝，以中心位置作为控制点量测位置。 样例：

10 布设守则1：控制点分布均匀。 布设守则2：控制点尽可能布于拍摄物体（测量对象）四周。
控制点的布设注意事项： 布设守则1：控制点分布均匀。 布设守则2：控制点尽可能布于拍摄物体（测量对象）四周。 控制点分布示意图如下：

11 2.4拍摄影像 一般我们的拍摄方法有两种： a、平行摄影 适用于距离较近，宽角摄影。
平行摄影的照片重叠度要有80%，且每个摄站上只摄取一张影象 b、旋转摄影 适用于距离较远，常角摄影。 旋转摄影的重叠度要有60%，且每个摄站上摄取的相同序号的相片所拍摄的区域应是同一区域。

12 拍摄的注意事项： 拍摄守则1：被拍摄对象最好占满整个相幅，最少不能少于1/3。 拍摄守则2：相邻摄站距离为拍摄距离的1/10左右为宜。
拍摄守则3：拍摄时相机镜头焦距打到无穷远，选择手动变焦，光圈快门可以使用自动（以拍摄的照片清晰为前提） 如下图为旋转摄影的一个摄站拍的照片 ：

13 三、内业部分 空三匹配 相机检校 工程管理 整体平差 控制点量测 DEM编辑 立体编辑 生成点云 加密匹配 数字测图

14 3.1 相机检校 拍摄网格 建立检校工程 选择像控点 检校结果输出
相机检校的目的是设置相机参数，包括：相机主距f、像主点坐标x0，y0、畸变参数k1 、k2、p1、p2，和像素物理大小。当相机参数未知时，可通过相机检校模块检校出相机参数，相机检校之前需要拍摄满足检校条件的影像。 P.S.本系统检校模块只能检校固定焦距的相机，变焦相机不能检校 拍摄网格 建立检校工程 选择像控点 检校结果输出

15 §1 拍摄网格 格网信息设置好后导出格网信息，然后按以下步骤拍摄格网： 1、首先将相机的焦距调到无穷远(∞),并且保证相机已调整为手动变焦；
2、在左上、左下、中间、右上、右下5个方向拍摄拍摄格网，尽量使网格占满整个相幅。当拍摄的单个格网影像不能充满整个相幅时，可在各个方向上旋转拍摄多张影像。

16 §2 检校工程 点击新建工程按钮后，通过几个简单的选择便可开始导入刚才所拍摄的网格

17 §3 选择像控点 单击按钮 ,在图中依次在红、绿、蓝三个点上顺序按下鼠标左键确定控制点的坐标方位。此时系统会自动提取所有的点的轮廓。依次将所有影像的坐标方位全部标记出来。

18 §4 检校结果输出 半自动参数模型相机标定：执行控制点平差和相机检校，结果输出到输出窗口，其中相机参数属性页中列出了相机的参数；
全自动参数模型相机标定：当单个格网可以基本充满CamCalibration.Exe的主界面窗口时，可选执行全自动检校，此时系统会依据中间红、绿、蓝三点自动确定控制点（格网点）的坐标方位，并执行相机检校。 单击主界面相机检校，弹出相机设置对话框， 然后单击相机参数文件转换，

19 3.2 工程管理 导入航片数： 打开影像文件所在路径，选定全部影像文件：
单击主界面工程管理、新建\打开工程，弹出工程文件对话框，点击工程菜单下的新建菜单，如右图所示： 导入航片数： 打开影像文件所在路径，选定全部影像文件： 点击“相机参数”按钮，弹出相机参数对话框，选择要导入的相机参数文件： 填写“总航带数”，并且选择“当前航带号”与是否“需要旋转航片”；然后在左边影像文件列表中选择影像文件，点击“>>加到当前航带>>”按钮将影像正确添加到各个航带中去。 50－100 200－900

20 3.3 空三匹配 匹配用于寻找不同影像上的同名点。匹配始前需要人工给定航带内立体像对的种子点和航带间相应影像的种子点，种子点的目的是给定匹配像对两张影像间的概略偏移量。

21 3.4 控制点量测 控制点量测的目的是精确量测出控制点的影像坐标，为空中三角测量作准备。
首先从全站仪或者GPS中导出外业测量的三维控制点数据，把导出的数据，整理成包括控制点编号，三维坐标的X,Y,Z，并手动的加上一项数据，此项为控制点的模板数据，一般我们设为NULL[空]。 点击编辑控制,打开控制点编辑模块。 根据外业的情况，进行交换，加点等一系列操作

22 进入控制点量测主界面 在整个拍摄区域选择最少4个点 预测出其他点 对预测的点进行一次整体调整

23 3.5 整体平差 整体平差的目的是利用摄影测量空中三角测量原理精确解算影像外方位元素、模型点空间坐标，并能进行自检校。

24 3.6 加密匹配 无需其他操作，单击自动加密匹配。

25 3.7 生成点云 A、打开当前的工程文件 B、随便选择一个加密匹配时生成的加密匹配点文件

26 3.7 立体编辑 主要功能： A、构全三角网 ：由离散点构建三角网 B、输出整体表面：通过纹理映射给三角网“贴”上纹理，生成三维景观图
C、生成DEM D、生成正射影像 E、截面生成：生成不同方向的截面，断面，并可DXF格式导出 F、TIN景观图：显示三维景观图 G、DEM和正射影像景观：显示DEM和正射影像