一种无外业控制点的航空摄影测量生产方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种无外业控制点的航空摄影测量生产方法，包括根据目标区域航空摄影获取的新拍摄航片，利用航空摄影时影像记录的GPS信息，在已定向影像信息数据库中查询附近位置的已定向航片；在新拍摄航片和已定向航片之间开展影像匹配，获取同名点,利用多片空间前方交会求得对应的物方三维坐标；进行基于灰度的模板匹配，得到新航片之间重叠范围内的连接点，求得连接点在不同新航片上的像点坐标；将已求得的物方坐标的匹配点作为控制点，新拍摄航片上对应的像点坐标和连接点像点坐标为观测值，新拍摄航片的外方位元素作为未知数，进行平差，得到新拍摄航片的外方位元素，实现航空摄影测量生产。空摄影测量生产。空摄影测量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种无外业控制点的航空摄影测量生产方法及系统


[0001]本专利技术属于遥感测绘
，具体涉及一种基于已定向航片进行无外业控制点的航空摄影测量处理方法。

技术介绍

[0002]航空摄影测量能够在飞机等飞行平台上利用航摄仪对地面连续摄取航片，并对航片进行一系列处理以得到精确地面正射影像，是获取地理信息的重要手段。航空摄影测量生产中，最关键技术是影像定向，即计算航片成像时的位置和姿态。航片位置和姿态专业名称是外方位元素，包括用于描述空间位置的线元素(即X、Y、Z三个坐标)和用于描述姿态的角元素(即与三个坐标轴的旋转角ψ、ω、κ)，有了外方位元素就可以根据成像方程计算任意影像点的地面坐标。在传统航空摄影测量处理方法中，影像定向是利用合理分布的地面控制点通过空中三角测量方法来实现的。具体操作分两步，首先在所量测区域内通过人工选取合理的控制点，并前往实地使用全站仪、经纬仪或者GPS设备测量出控制点的地理坐标值；然后在航空影像中指定控制点的像点位置，通过数学计算(专业名称为光束法区域网平差)即可求解出影像的外方位元素。这个作业方法已经非常成熟，在实际生产中一直采用，但这种方法每次生产都需要实地测量控制点，非常耗费人力和物力，特别是在复杂、艰险地理环境中(如珠穆朗玛峰测量)给测绘生产带来极大的风险和困难。另一方面，本专利技术研究过程中，关注到在当今的数字摄影测量时代，随着传统航空摄影测量工作的不断深入和测量数据的不断累计和更新，测绘生产单位特别是国家基础地理信息中心，已收录了海量全面的影像数据，几乎覆盖了地球的各个角落。这些影像数据都具有精确外方位元素，如何合理利用这些具有地理信息编码的数据，开展少控甚至免控的航空摄影测量生产，在眼下的大数据时代具有极其重要的研究价值和应用前景，但目前尚未有相关实用的技术方案出现。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有摄影测量生产方法需要实测控制点的难题，提出了一种基于已定向航片的无外业控制点航空摄影测量生产方法。
[0004]本专利技术的技术方案提供一种无外业控制点的航空摄影测量生产方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1，根据目标区域航空摄影获取的新拍摄航片，利用航空摄影时影像记录的GPS信息，在已定向影像信息数据库中查询附近位置的已定向航片；
[0006]步骤2，根据步骤1获得的新拍摄航片与已定向航片的邻接关系，在新拍摄航片和已定向航片之间开展影像匹配，获取同名点；
[0007]步骤3，根据步骤2获得的3张已定向航片的同名像点，根据其像点坐标和外方位元素，利用多片空间前方交会求得对应的物方三维坐标；
[0008]步骤4，对每张新航片对应的仿射变换影像提取的Harris特征点，分别与其他新航
片仿射变换的影像再次进行基于灰度的模板匹配，得到新航片之间重叠范围内的连接点，求得连接点在不同新航片上的像点坐标；
[0009]步骤5，将已求得的物方坐标的匹配点作为控制点，新拍摄航片上对应的像点坐标和连接点像点坐标为观测值，新拍摄航片的外方位元素作为未知数，对测区进行光束法区域网平差，并求得每个控制点的残差，将残差较大的点剔除，重新进行平差，最后得到新拍摄航片的外方位元素，实现航空摄影测量生产。
[0010]而且，步骤1实现方式为，按新拍摄航片的GPS坐标(X
gps
,Y
gps
,Z
gps
)遍历已定向航片数据，求GPS坐标与定向航片外方位元素的线元素之间的欧式距离，搜索新拍摄航片附近的已定向航片，每张新拍摄航片保留最近的至少三张已定向航片。
[0011]而且，步骤2中，新拍摄航片与已定向航片的匹配实现包括以下步骤，
[0012]步骤2.1，对每张新拍摄航片对应的3张已定向航片，将地面平均高程面作为基准面，利用共线条件方程式将已定向航片投影到基准平面上获得新生成的影像；
[0013]步骤2.2，对新拍摄航片和与之欧式距离最近的已定向航片分别提取SIFT特征点并进行匹配，匹配时采用关键点特征向量的欧氏距离作为两幅影像中关键点的相似性判定度量，保留匹配程度最高的若干同名点，分别得到在新航片和已定向航片中的像点坐标，将两张影像近似为仿射变换，并利用仿射变换公式求得仿射变换参数；
[0014]将新拍摄航片根据仿射变换参数进行整体仿射变换，得到相应的近似影像，变换后找到与已定向航片对应生成的影像的近似重叠部分，提取出一个最大矩形区域；
[0015]步骤2.3，对新航片对应的仿射变换影像进行Harris特征点提取，然后与3张已定向航片生成的影像在重叠区域内分别进行基于灰度的模板匹配，若Harris特征点在3张已定向航片中均能找到匹配点，则保留，否则舍弃；得到新航片仿射影像与已定向航片的同名点后，根据仿射变换参数反求同名点在新航片中的像点坐标。
[0016]而且，步骤3中，将匹配的同名点在已定向航片中进行空间前方交会时，利用共线方程的严格解法，对每张已定向航片建立由共线条件方程式，用最小二乘法求解得到匹配的同名像点对应的物方三维空间坐标。
[0017]而且，所述步骤5中，求得新航片外方位元素实现方式如下，
[0018]将同名点的像点坐标作为观测值，进行光束法区域网平差，在内方位元素视为已知的情况下，误差方程式表示为：
[0019][0020]式中常数项l
x
＝x
‑
(x),l
y
＝y
‑
(y)，x,y为观测值，相应的改正数为v
x
,v
y
；(x)和(y)是把未知数的初始值带入共线方程式计算得到的结果；X,Y,Z为地面点的坐标；X
S
,Y
S
,Z
S
,ω,κ为待定的参数，相应的改正数为ΔX
S
,ΔY
S
,ΔZ
S
,Δω,Δκ；a
ij
为一系列偏导数，i＝1,2，j＝1,2,3,4,5,6，
[0021]将误差方程式法化求解得到新拍摄航片的外方位元素，每次光束法区域网平差后，把待定点的坐标改正数视为随机变量，在最小二乘平差计算中，求出坐标改正数的方差
‑
协方差矩阵，若坐标中误差大于3倍单位权观测值中误差，则进行相应删除，用剩下的匹配点按此步骤再次进行光束法区域网平差，如此迭代直至所有的点精度都满足预设要求且收敛，获得精度更高的新航片外方位元素，并用于后续的航空摄影测量数据处理。
[0022]另一方面，本专利技术提供一种无外业控制点的航空摄影测量生产系统，用于实现如上所述的一种无外业控制点的航空摄影测量生产方法。
[0023]而且，包括以下模块，
[0024]第一模块，用于根据目标区域航空摄影获取的新拍摄航片，利用航空摄影时影像记录的GPS信息，在已定向影像信息数据库中查询附近位置的已定向航片；
[0025]第二模块，用于根据第一模块获得的新拍摄航片与已定向航片的邻接关系，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无外业控制点的航空摄影测量生产方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据目标区域航空摄影获取的新拍摄航片，利用航空摄影时影像记录的GPS信息，在已定向影像信息数据库中查询附近位置的已定向航片；步骤2，根据步骤1获得的新拍摄航片与已定向航片的邻接关系，在新拍摄航片和已定向航片之间开展影像匹配，获取同名点；步骤3，根据步骤2获得的3张已定向航片的同名像点，根据其像点坐标和外方位元素，利用多片空间前方交会求得对应的物方三维坐标；步骤4，对每张新航片对应的仿射变换影像提取的Harris特征点，分别与其他新航片仿射变换的影像再次进行基于灰度的模板匹配，得到新航片之间重叠范围内的连接点，求得连接点在不同新航片上的像点坐标；步骤5，将已求得的物方坐标的匹配点作为控制点，新拍摄航片上对应的像点坐标和连接点像点坐标为观测值，新拍摄航片的外方位元素作为未知数，对测区进行光束法区域网平差，并求得每个控制点的残差，将残差较大的点剔除，重新进行平差，最后得到新拍摄航片的外方位元素，实现航空摄影测量生产。2.如权利要求1所述的一种无外业控制点的航空摄影测量生产方法，其特征在于：步骤1实现方式为，按新拍摄航片的GPS坐标(X
gps
,Y
gps
,Z
gps
)遍历已定向航片数据，求GPS坐标与定向航片外方位元素的线元素之间的欧式距离，搜索新拍摄航片附近的已定向航片，每张新拍摄航片保留最近的至少三张已定向航片。3.如权利要求1所述的一种无外业控制点的航空摄影测量生产方法，其特征在于：步骤2中，新拍摄航片与已定向航片的匹配实现包括以下步骤，步骤2.1，对每张新拍摄航片对应的3张已定向航片，将地面平均高程面作为基准面，利用共线条件方程式将已定向航片投影到基准平面上获得新生成的影像；步骤2.2，对新拍摄航片和与之欧式距离最近的已定向航片分别提取SIFT特征点并进行匹配，匹配时采用关键点特征向量的欧氏距离作为两幅影像中关键点的相似性判定度量，保留匹配程度最高的若干同名点，分别得到在新航片和已定向航片中的像点坐标，将两张影像近似为仿射变换，并利用仿射变换公式求得仿射变换参数；将新拍摄航片根据仿射变换参数进行整体仿射变换，得到相应的近似影像，变换后找到与已定向航片对应生成的影像的近似重叠部分，提取出一个最大矩形区域；步骤2.3，对新航片对应的仿射变换影像进行Harris特征点提取，然后与3张已定向航片生成的影像在重叠区域内分别进行基于灰度的模板匹配，若Harris特征点在3张已定向航片中均能找到匹配点，则保留，否则舍弃；得到新航片仿射影像与已定向航片的同名点后，根据仿射变换参数反求同名点在新航片中的像点坐标。4.如权利要求1所述的一种无外业控制点的航空摄影测量生产方法，其特征在于：步骤3中，将匹配的同名点在已定向航片中进行空间前方交会时，利用共线方程的严格解法，对每张已定向航片建立由共线条件方程式，用最小二乘法求解得到匹配的同名像点对应的物方三维空间坐标。5.如权利要求1或2或3或4所述的一种无外业控制点的航空摄影测量生产方法，其特征在于：所述步骤5中，求得新航片外方位元素实现方式如下，将同名点的像点坐标作为观测值，进行光束法区域网平差，在内方位元素视为已知的
情况下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：段延松，刘亚文，覃磊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：