基于大倾角的角锥体空间后方交会研究

在摄影测量中,当倾角变大时,由于三角函数的多值性和奇异性导致传统的共线条件方程线性化的空间后方交会方法已经不能稳定地求解出摄影瞬间影像的外方位元素。文中通过对传统空间后方交会、基于单位四元素的空间后方交会和文中所用到的基于简化的DLT线性方程求解线元素初值的角锥体法比较发现,在像片倾角逐渐变大,传统方法和四元素法不能正确求解出外方位元素的情况下,基于角锥体法的空间后方交会仍能稳定、准确地求解出像片的外方位元素。     

角锥体解算外方位元素的改进方法

传统的空间后方交会求解外方位元素的方法,主要是利用共线条件方程,由于求解过程中同时求解线元素和角元素,从而忽略了两者之间的相关性。本文采用角锥体原理进行空间后方交会的改进方法,可忽略线元素和角元素之间的相关性,同时利用多余观测条件,对外方位线元素、角元素均进行平差计算,即采用3个以上控制点,利用最小二乘原理,可提高外方位元素的解算精度。本文在已有的相关理论基础上,提出了基于角锥体原理的空间后方交会的改进算法,并采用算例进行验证。     

一种求解单像空间后方交会的监督学习方法

单像空间后方交会可描述为非线性最小二乘问题,不可导、法方程系数矩阵病态以及陷入局部极值是造成其数值过程不收敛的主要原因。不同地区的控制点空间分布不具相似性,若把同一地区同一组控制点之下数张已知外方位元素的像片看作一个样本集,则在给定每个外方位元素初值的前提下,可通过监督学习方法求取外方位元素的整体下降方向;而对于单像空间后方交会中因前述原因不收敛的情况,则可采用整体下降方向近似解算。以此为出发点,提出一种单像空间后方交会求解的监督学习方法,主要过程是:①训练阶段,利用监督学习过程,对同一测区内不同姿态像片所组成的样本集进行整体外方位元素的求解,得到该测区外方位元素的整体下降方向集合;②测试阶段,对该测区的任意像片,给定外方位元素的初值,直接采用训练阶段得到的整体下降方向集合进行外方位元素的迭代求解。对比试验表明,该方法在数值过程收敛性与初值依赖性上均表现出较强的优势,并能克服欧拉角法因法方程系数矩阵病态而无法收敛的情况。     

一种单像外方位元素的稳健估计方法

获取影像外方位元素是摄影测量学一直要解决的问题,传统的单像空间后方交会利用测量控制点来计算外方位元素,但是很多情况下用于计算的数据是包含粗差的,粗差出现的概率约占1%~10%。本文设计了一种稳健的单像空间后方交会计算方法,把控制点坐标作为未知参数对待并线性化共线方程,最终达到了剔除粗差的目标,提高了计算结果的可靠性,可得到控制点及像点坐标的精度评价。     

一种基于四元数的空间后方交会全局收敛算法

结合四元数在摄影测量中的良好应用,提出一种基于四元数的空间后方交会全局收敛算法。该算法利用四元数描述影像姿态,采用绝对定向和正交投影两种变换来代替中心投影的共线条件方程,再利用非线性方程直接迭代的方法进行求解,从而无需进行线性化,最后从理论上对算法的全局收敛性进行了证明。试验结果表明该算法正确可靠,对外方位元素初值没有要求,真正做到无初值依赖空间后方交会,具有很好的稳定性和适应性。     

利用线性变换和后方交会的月球车相机标定

针对现有月球车立体相机的标定算法存在的不足,该文提出了一种基于三维直接线性变换(DLT)和多像后方交会对月球车立体相机标定的方法:利用三维DLT算法解算出标定参数的初始值,然后将初值代入多像后方交会算法进行迭代,从而解出相机参数的精确值。最后利用不同类型和焦距值的镜头模拟月球车上安装的三种立体相机开展标定试验,结果表明该方法具有很高的精度和稳定性,能够用于对月球车的立体相机标定。     

基于多像对的近景摄影测量相机对标定

本文利用共线方程进行线性变换与非线性变换的方法实现非量测型相机标定,分三步求解相机内方位元素、透镜畸变参数、外方位元素,再利用解析相对定向方法进行固定相机对的相对模型参数的标定。利用多像对相对定向得到与绝对模型大小一致的立体模型,在求解地物尺寸大小这类不需要坐标数据的应用上非常有效。     

基于相对定向-空间前方交会的数码相机检校模型研究

相对于普通摄影拍摄,摄影测量所用的数码相机必须精确测定相机内方位元素和相机畸变参数。但传统的基于空间后方交会的检校方法需要进行大量的外业量测工作,效率低下。本文提出一种基于"相对定向--空间后方交会"的数码相机检校方法可以有效的优化物方点三维坐标解算模型,实现控制点空间三维坐标的快速获取,减少大量外业量测工作,实现数码相机的快速校验。     

三线阵CCD影像短航线空中三角测量的模拟实验研究

本文主要介绍了解决三线阵CCD影像短航线空中三角测量问题的自由外方位元素平差方法及相关数学模型,按不同的卫星摄影测量条件,分别用直接前方交会、自由外方位元素平差方法及外方位元素观测值参与平差,进行了数学模拟计算,结论是:采用自由外方位元素平差方法,可以构建精度与直接前方交会相当,但“无y视差”的短航线立体模型。     

利用移动控制架的CCD相机校正方法

在CCD相机应用于城市规划、古建保护等领域中,为保证量测结果的精度,需要通过相机校正确定畸变差、内方位元素等参数。本文利用移动控制架提供的多层面、立体控制点,通过单片后方交会方法进行相机检校。结果表明,基于移动控制架的相机校正方法是可行的,结果精度良好。     

单应性几何下的后方交会直接解法

传统的后方交会最小二乘解法需要良好的外方位元素初值。在无初值或者初值不够精确的情况下,最小二乘迭代不容易收敛。在近景摄影测量或者计算机视觉等领域,往往不提供良好的初值,无法适用传统的后方交会解法。针对上述情况,本文提出了一种基于单应性矩阵的后方交会直接解法,在不需要初值的情况下,获取外方位元素的直接解。该方法根据单应性矩阵所描述的平面几何关系,利用单应性矩阵内在的约束条件,将后方交会问题转换为一个二元二次方程组的求解问题。该方法受舍入误差影响小,在无偶然误差的情况下,解算精度能达到10–9量级,能够避免传统直接解法计算复杂的问题,为传统的平差迭代解法提供良好的初值。此外,在多个控制点共面的情况下,该方法能够直接获得外方位元素的精确解。实验结果表明:在各种不同倾角拍摄的情况下,该方法均能够获得稳定的外方位元素,为后续的后方交会最小二乘算法提供良好的初值。采用本文方法计算的初值参与平差,能够达到与人工给定初值平差一致的精度,且迭代收敛速度是人工给定初值平差的2倍以上。在控制点共面的情况下,该方法的反投影精度能够达到亚像素级,且精度优于大部分主流的直接解法。     

扩展共线方程结合车载组合全景相机影像区域网平差

利用扩展共线方程实现组合相机单片影像的空中三角测量,通过该方法来提高全景影像的定位精度。由于组合全景相机中各子相机刚性固定,相机间的相对位姿参数可以精确标定,因此利用扩展共线方程模型,可以将组合全景相机的构像单元从单个子相机影像扩展为整个组合相机获取的多张影像。与已有的球模型方法,包括球理想模型和球严密模型方法相比,本文所用的扩展共线方程方法使用各子相机影像像点作为观测值,避免了球模型方法中由各子相机摄影中心不重合导致的球模型投影误差和摄站内重叠区域融合误差。试验结果表明:与球模型方法相比,本文方法无需模型投影和摄站内重叠区域融合等繁琐的处理过程,避免了由其引起的精度损失,保证了空三网稳定性的同时提高了定位精度。     

CE-1立体相机成像几何模型研究

传感器成像几何模型是摄影测量数据处理的关键问题.本文分析了CE-1立体相机成像几何原理、阐述了立体相机内定向以及根据探月卫星辅助数据计算外定向参数的原理和方法;提出一种快速反投影变换算法,建立了 CE-1立体相机成像几何模型.通过对CE-1三线阵影像、激光高度计数据的配准买验,验证了本文的有效性本文立体相机成像几何模型...     

鱼眼相机矢量观测检校模型及其应用

提出了一种基于矢量观测的鱼眼相机检校新模型。该模型中的基本观测量不仅包括半视场角,而且包括方位角。在模型中引入罗德里格矩阵,采用3个罗德里格参数表示外方位元素,简化了观测方程的形式及运算。采用实测的星图数据对新模型与基于半视场角约束的检校模型进行比较,结果表明新模型在约束方位角误差方面具有明显的优势,在约束半视场角误差方面略有不足。建议在实际应用中首先采用基于半视场角约束的检校模型确定径向畸变参数,然后再采用新模型求解其他相机参数。     

基于投影变换的线阵旋转扫描相机标定方法

针对线阵旋转扫描相机标定数据难以获取及模型解算不稳定的问题,提出了一种基于投影变换的线阵旋转扫描相机标定方法。首先构建了一种新的线阵旋转扫描相机成像模型,该模型可以根据相机旋转平台参数、线阵旋转扫描相机成像平面与其切平面的位置关系将旋转扫描图像投影为框幅式图像;然后根据构建出的成像模型,采用直接线性变换法和非线性优化方法进行相机标定和参数优化。试验结果表明,此方法简单易行,具有较高的精度。     

利用激光扫描和数码相机进行古建筑三维重建研究

本文提出了一种利用激光扫描仪和数码相机对古建筑物进行快速三维重建的方案。对于待扫描的建筑物,获取从不同角度扫描的激光点云,并用手持数码相机拍摄具有一定重叠度的序列图像。首先,对相邻扫描站的激光点云自动拼接,生成统一的点云模型。通过在点云和图像上分别提取特征直线,利用共面条件,解算各张照片相对于激光扫描坐标系的方位元素。利用已配准的两种传感器数据,提取建筑物框架,并映射纹理,生成三维模型。文章最后给出对武汉大学老图书馆三维重建的实验结果。     

Relative orientation based on multi-features

In digital photogrammetry, corresponding points have been widely used as the basic source of information to determine the relative orientation parameters among adjacent images. Sometimes, though, the conventional relative orientation process cannot be precisely implemented due to the accumulation of random errors or in the case of inadequate corresponding points. A new relative orientation approach with multiple types of corresponding features, including points, straight lines, and circular curves, is proposed in this paper. The origin of the model coordinate system is set at the projection center of the first image of a strip, and all of the exterior orientation parameters, except φ and ω of the first image, are set at zero. The basic models of relative orientation with corresponding points, straight lines, and circular curves are discussed, and the general form of a least squares adjustment model for relative orientation based on multi-features is established. Our experimental results show that the proposed approach is feasible and can achieve more reliable relative orientation results than the conventional approach based on corresponding points only.     

基于无人机遥感影像拓扑分析的三维重建

在无需任何地面控制点或其它先验知识前提下,探索一种基于无人机遥感影像的三维重建方法.利用无人机飞控数据建立的影像拓扑结构,依次通过特征点提取、影像匹配、从运动恢复结构等步骤估计出相机位置和姿态参数,并恢复出场景特征点云信息,最后对重建精度进行分析.试验结果表明,文中提出的方法可快速、可靠地实现较高精度的三维模型重建.     

基于普通数码相机的旋转全景摄影测量方法

普通数码相机固定在高精度旋转平台上可集成为旋转全景相机,水平旋转多位置拍摄,可获取全景影像。给出了旋转全景相机的成像几何关系模型,实现了旋转全景相机的标定,利用稀疏分布的少量控制点（最少3个）,即可解算出平台旋转中心坐标与起始方位角,及每张像片的外方位元素,再利用多站旋转拍摄的影像进行前方交会就可获得物方点坐标。实验结果表明,本文提出的方法在实际摄影测量中可少受视野和控制点数量的限制,通过较少的控制点即可解算出物方点坐标,且测量精度较好。该方法是在困难场景进行近景摄影测量的一种新的有效手段。