一种实时面积量算的近景摄影测量方法技术

本发明专利技术公开了一种实时面积量算的近景摄影测量方法，包括将激光测距装置、高清摄像头集成在个人数字助理PDA内，并位于个人数字助理PDA内正前端，组成一种实时面积量算的近景摄影测量装置。拍摄两张影像，同时获取两次拍摄时摄影中心到同一目标点的距离，即可建立测区的三维模型，并恢复模型的真实比例，通过一定的计算获得图斑所需面积。本发明专利技术可以用于多数场合下的小面积地块等测量，无需接触待测区域，操作简单方便，工作效率高，劳动强度小。

A real-time area measurement method for close range photogrammetry

【技术实现步骤摘要】
一种实时面积量算的近景摄影测量方法
本专利技术涉及摄影测量
，建立三维模型后不注重模型的绝对方位和位置，只恢复模型的真实比例，重在求解模型的边长和面积，具体为一种实时面积量算的近景摄影测量方法。
技术介绍
近年来，随着激光测距技术以及摄影测量技术的进步，激光测距装置的测距主光轴与所述高清摄像头的摄影主光轴重合，获取摄影中心到目标点的距离已经可以实现。微电子技术和半导体技术方面的突破，超大规模的集成电路和数字传感器技术的迅速发展，将激光测距装置和高清摄像头集成在个人数字助理PDA内，设计一套操作系统，使之完成摄影测量的工作。传统的皮尺测距，需要人工测量每一条边，做好记录，最后才能计算面积，工作效率低；激光测距仪能够精确快速的测量距离，但其测量时需要反射体将测距激光反射回激光测距仪才能完成距离的测定，因此激光测距仪很难测量较为曲折的平面图形的面积。传统的皮尺测距测量长距离公路的多处损坏路面面积情况，会使得测量员较长时间处在艰苦的测量环境下，对于测量员的身心健康不利；对于损坏的建筑物外墙、高大的古建筑物等不容易到达待测区域，要量取其面积，传统的测量方式不能很好的保障测量员的人身安全，也不利于建筑物的保护。因此，为解决以上问题，需要一种实时面积量算的近景摄影测量方法，能够单人解决多数场合下的面积测量问题，可以不触及待测区域。外业工作只需寻找合适的角度拍摄两张影像并测量两段距离，可在现场利用编写在PDA内的程序即刻处理数据，也可将数据带回室内统一处理，工作效率高，测量成本低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实时面积量算的近景摄影测量方法，其能解决皮尺、激光测距仪等不能直接测量面积并且测量效率低的问题。本专利技术无需接触待测区域，能够提高测量员的安全性及舒适性，在满足测量精度的前提下，提高面积测量的工作效率。为了达到上述目的，本专利技术提供一种实时面积量算的近景摄影测量方法，具体步骤为：通过将激光测距装置、高清摄像头集成在个人数字助理(PDA，PersonalDigitalAssistant)内，并位于个人数字助理PDA内正前端，组成一种实时面积量算的近景摄影测量装置，使用交向摄影，交向摄影使用单个相机分别在两个摄站对目标摄影，两个摄站上主光轴相交于同一目标点，两条主光轴的夹角为直角时，点位精度最佳。进一步的，该装置在拍摄时选择合适的距离，既能拍摄测区全部范围，又能清楚辨析测区边界。进一步的，激光测距装置的测距主光轴与所述高清摄像头的摄影主光轴重合，激光测距装置测量中心目标点到激光测距装置的距离，换算成中心目标点到高清摄像头摄影中心的距离。进一步的，在高清摄像头所拍摄到的两张影像中选取6对同名点，进行相对定向，建立相对定向三维模型，再根据两段目标点到摄影中心的距离，解算模型的比例因子，恢复模型真实大小。进一步的，待测区域的形状可能为不规则的多边形，在两幅影像中选取多边形所有端点的同名的，将点连成线，恢复待测区域多边形的真实形状和大小，最后获取其真实边长和面积。进一步的，若测区较为宽阔，拍摄影像数量可大于两张，同样将所有影像进行相对定向，建立三维模型，恢复模型真实大小。本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的一种实时面积量算的近景摄影测量方法，将激光测距技术与近景摄影测量技术结合，实现对待测区域面积的无接触快速测量。对于要统计长距离公路的多处损坏路面面积情况，本专利技术能够减小测量员在艰苦环境下的工作时间，提高工作效率。对于要量取损坏的建筑物外墙面积，本专利技术能够无接触快速测量待测区域面积，更好的保障了测量员的人身安全。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为立体像对的空间前方交会原理图。图3为本专利技术测量损坏路面面积的操作示意图。图4为模型点摄影测量坐标的计算原理图。图5边缘检测方法的流程图。图6边缘检测的效果图。图1中：1-个人数字助理PDA；2-激光测距装置；3-高清摄像头；4-电容式触摸屏；5-操作按键。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步描述：如图1所示，设置一种实时面积量算的近景摄影测量装置，通过将激光测距装置2、高清摄像头3集成在个人数字助理PDA1内，并位于个人数字助理PDA1内正前端，激光测距装置2的测距主光轴与所述高清摄像头3的摄影主光轴重合组，成一种实时面积量算的近景摄影测量装置。该装置上设计有电容式触摸屏4及操作按键5，便于完成各种命令操作。如图2所示，该图为立体像对的空间前方交会原理图。在S1的位置拍摄一张影像，称为左像片，在S2的位置拍摄一张影像，称为右像片，两张影像称为立体像对。利用立体像对，可以选取许多对同名点(由两条同名射线交会得到的点)，图2仅展示交会部分同名点。由立体像对左右两幅像片的内、外方位元素和左右两同名像点的影像坐标测量值来确定该点的物方空间坐标，称为立体像对的空间前方交会。实施例如图3所示，多边形M为某路段损坏的路面形状。为测量多边形M的面积，选取一个合适的中心目标点例如点A，将该装置的测距十字光标对准A点，拍摄像片S1，并测得距离D1；同样的，在另一个位置拍摄像片S2，测量距离D2，两个位置的两条主光轴的夹角为直角时，点位精度最佳。在PDA中将采集到的影像数据和摄影中心到目标点的距离进行处理，解算相对定向元素，建立三维模型，解算模型缩放的比例因子，恢复模型真实比例，数据的主要解算过程如下：摄像头检校应用高清摄像头进行近景摄影测量工作前,必须对其进行严格的检校,以恢复摄影中心与像片之间的相对几何关系。对摄像头进行检校的主要内容就是获取摄像头的基本信息、镜头畸变参数和内方位元素(x0，y0，f)等参数。本文采用了张正友平面靶标参数标定法对高清摄像头进行了检校。影像的相对定向建立坐标系时以左像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系，记为S1-X1Y1Z1；过右摄影中心建立另一像空间辅助坐标系S2-X2Y2Z2，两者相应坐标轴相互平行。此时，像点a1，a2在各自的像片坐标系中的坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)，像空间辅助坐标系中的坐标为(X1，Y1，Z1)，(X2，Y2，Z2)，而S2在S1-X1Y1Z1中的坐标为(Bx，By，Bz)。由此，共面条件方程可以表示为(1)式中：(x0，y0，f)为像片的内方位元素；这里认为两张像片具有相同的内方位元素；旋转矩阵R由第二张像片相对于第一张像片的3个旋转角ω,κ的函数组成，a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3为R中的9个方向余弦。本文采用直接求解Bx，By，Bz这3个基线分量，由于Bx，By，Bz只有2个独立参数，因此需要加入1个约束条件，即3个基线分量的平方和为定值，如式(4)的第一个式子所示。本文采用基于正交旋转矩阵的共面条件方程式求解，以旋转矩阵R中的9个方向余弦作为未知参数。旋转矩阵R是正交矩阵，即RRT＝RTR＝RR-1＝I，列出由9个方向余弦组成的6个正交条件，建立6个条件方程，如式(4)的后6个式子所示。需要解算12个未知参数，即3个基线分量和9个旋转矩阵中的元素，最终加入7个条件方程式，包括1个基线分量的约束条件，6个正交矩阵约束条件。误差方程式为：v＝Ax-l(2)xT＝[dBxdBydBzda1da2da3db1db2db3dc1dc2dc3]l＝-F0＝X2Y1Bz+X1Z2By+Y2Z1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时面积量算的近景摄影测量方法，其特征在于，具体步骤为：(1)设置一种实时面积量算的近景摄影测量装置，包括个人数字助理PDA、激光测距装置、高清摄像头，所述激光测距装置的测距主光轴与所述高清摄像头的摄影主光轴重合，所述激光测距装置和高清摄像头位于个人数字助理PDA内正前端；所述个人数字助理PDA设计有操作按键及电容式触摸屏，在该触摸屏上能够完成所有的操作指令，并且显示高清摄像头所捕捉到的影像，在显示屏的中心有数字十字光标，用于瞄准目标点，所瞄准的目标点定义为中心目标点；(2)将拍摄得到的待测区域的两张影像进行相对定向，建立三维模型，利用两段摄影中心到中心目标点的距离，解算模型的比例因子，恢复模型真实比例，最后获取模型中所需的距离及面积信息。

【技术特征摘要】
1.一种实时面积量算的近景摄影测量方法，其特征在于，具体步骤为：(1)设置一种实时面积量算的近景摄影测量装置，包括个人数字助理PDA、激光测距装置、高清摄像头，所述激光测距装置的测距主光轴与所述高清摄像头的摄影主光轴重合，所述激光测距装置和高清摄像头位于个人数字助理PDA内正前端；所述个人数字助理PDA设计有操作按键及电容式触...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐诗华，黄昶程，周飞，姚茂华，杨翼飞，丘小春，肖燕，肖阳，张炎，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45