[發(fā)明專利]一種與影像同步變化的投影數(shù)字高程模型制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110354311.4
• 申請日: 2011-11-10
• 公開（公告）號: CN102509354A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張祖勛;胡翔云;朱俊鋒;孫明偉
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種與影像同步變化的投影數(shù)字高程模型制作方法。

背景技術(shù)

眾所周知，我們可以利用相機攝影，將三維真實世界紀錄在二維相片之中，通過相片，我們可以從2維的角度去觀察世界，但是如何從單張相片中了解到相片所紀錄的物體的高程信息呢？如果我們能夠從相片中直接得到其對應(yīng)的物體的高程信息，將大大促進測繪領(lǐng)域獲得數(shù)字線劃圖，正射影像的速度和效率。這一點現(xiàn)有的技術(shù)還無法做到。

從20世紀90年代初期至今，機載激光雷達已經(jīng)走過了將近20年，現(xiàn)今大多數(shù)Lidar系統(tǒng)都搭載了一個相機，用來紀錄測圖中的影像信息，為后期的DOM（數(shù)字正射影像）的制作提供可能。另外機載Lidar系統(tǒng)（機載雷達系統(tǒng)）也提供了POS系統(tǒng)（高精度定位定向系統(tǒng)），可以得到攝影時刻的方位元素，而Lidar系統(tǒng)可以快速獲取大量的地物點，方面獲取地物的高程信息，這些技術(shù)為我們生成與影像點位同步變化的高程模型提供了可能。

現(xiàn)今存在的高程模型主要有兩類，一是DEM（Digital?elevation?Model數(shù)字高程模型），一是DSM(Digital?Surface?Model數(shù)字表面模型)。

DEM是一定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點的平面坐標（X，Y）及其高程（Z）的數(shù)據(jù)集，它主要是描述區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布，是通過等高線或相似立體模型進行數(shù)據(jù)采集（包括采樣和量測），然后進行數(shù)據(jù)內(nèi)插而形成的。DEM是對地貌形態(tài)的虛擬表示，可派生出等高線、坡度圖等信息，也可與DOM（數(shù)字正射影像圖）或其它專題數(shù)據(jù)疊加，用于與地形相關(guān)的分析應(yīng)用，同時它本身還是制作DOM的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

DSM是指包含了地表建筑物、橋梁和樹木等高度的地面高程模型。和DEM相比，DEM只包含了地形的高程信息，并未包含其它地表信息，DSM是在DEM的基礎(chǔ)上，進一步涵蓋了除地面以外的其它地表信息的高程。在一些對建筑物高度有需求的領(lǐng)域，得到了很大程度的重視。其最真實地表達地面起伏情況，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。?

與DSM同步的影像應(yīng)該為真正射影像，獲得真正射影像還處于理論研究階段。現(xiàn)在生產(chǎn)過程中的正射影像是由DEM做為模型生成的，所以生成的正射影像點位與高程除了在少數(shù)裸露地面處外，其他地方都不是一一對應(yīng)的，可以說現(xiàn)在的正射影像由于并未消除投影差，在存在地物的地方，無法獲得地物對應(yīng)的真實坐標。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要是解決存在的上述問題，提供一種聯(lián)合影像方位元素和物方三維點云數(shù)據(jù)，生成與影像對應(yīng)的數(shù)字高程模型的方法，可以讓二維影像上點的位置與該模型的三維坐標一一對應(yīng)，精確獲得對應(yīng)點位的真實高程值和平面坐標。

本發(fā)明的技術(shù)方案為與影像同步變化的投影數(shù)字高程模型制作方法，包括以下步驟：?

步驟1，導入影像內(nèi)外方位元素、數(shù)字高程模型和數(shù)字表面模型；所述影像內(nèi)外方位元素包括相機內(nèi)方位元素x₀和y₀、相機焦距f、影像的外方位線元素X_s、Y_s、Z_S和外方位角元素????????????????????????????????????????????????、、；?

步驟2，數(shù)字表面模型中每個物方點與攝影中心之間構(gòu)成的連線記為，連線與數(shù)字高程模型的交點記為，基于共線方程求出交點的平面坐標，用所得交點的平面坐標代替相應(yīng)物方點的平面坐標，得到點；?

所述的共線方程是以下公式?

求出交點的平面坐標則采用以下公式

其中，?x，y為影像點的坐標，f為相機焦距，X、Y、Z為對應(yīng)影像點的空間三維坐標，X_s、Y_s、Z_S為影像的外方位線元素，a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂、c₃為根據(jù)外方位角元素、、所得的旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)，x₀、y₀為相機內(nèi)方位元素；

步驟3，將步驟2所得數(shù)字表面模型中每個物方點相應(yīng)的點構(gòu)成的點云，按步驟1所導入數(shù)字高程模型的格網(wǎng)間隔進行劃分，然后在同一格網(wǎng)內(nèi)只保留高程最高點；