[實用新型]一種可定位定姿的近景攝影測量系統

有效

• 申請號: 201520512008.6
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN204963858U
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 陳洋;蔡樂剛;陸玨;鄭勝藍;朱杰;王英;李占鴻
• 申請（專利權）人: 上海市房地產科學研究院;上海房屋質量檢測站
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02;G01C11/12;G01C9/00;G01C1/00;G01C21/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本實用新型涉及一種可定位定姿的近景攝影測量系統，屬于測繪科學與技術領域，具體的涉及攝影測量技術。該系統利用裝在相機上的棱鏡和架設在通視范圍內的全站儀對系統進行實時跟蹤定位，利用裝在相機底部云臺下方的水平度盤和相機左/右側的垂直度盤對系統進行實時定姿。通過建立棱鏡、水平度盤、垂直度盤和相機的關系模型，將定位定姿數據轉換到相機中心，從而在利用攝影測量技術拍攝影像的同時，獲取相機的位置和姿態等信息。

背景技術

攝影測量是研究利用攝影或遙感的手段獲取被測物體的信息(影像)，經過分析、處理，確定被測物體的形狀、大小和位置，并判斷其性質的學科。攝影測量的特點是不接觸被測對象，間接地采集被測對象的幾何信息和物理信息，不受區域限制，量測工作和信息獲取分別進行；量測工作大部分在室內進行；機械化和自動化程度高。

作為攝影測量學的一門分支——近景攝影測量在建筑物的變形觀測、動態監測、文物保護等工作中起著重要的作用。與三維激光掃描、傳統手工測量等測繪手段相比，近景攝影測量設備成本低廉、外業采集時間短、數據量小，這些優點使得近景攝影測量技術在文物測繪、考古、隧道、橋梁、機械、海洋等領域中的應用將越來越廣泛，將數字攝影測量技術與RS(遙感)、GPS、GIS進行集成，在城市規劃、文物保護、地下工程等實踐中取得了良好的效果。

攝影測量逐步發展到了全數字攝影測量階段。目前，數字攝影測量的應用已經很廣泛，能以某種精度測定物體的形狀、大小和運動參數。隨著計算機技術的發展和微處理機的廣泛應用，近景攝影測量技術正朝著自動化的方向發展。

攝影測量的一大特點就是測繪外業周期短，作業速度快，勞動強度大為降低。然而相比外業，攝影測量的內業工作量較大，除了需要對大量影像提取特征點并匹配外，還需要解算影像的外方位元素和待求點地面坐標。

并且隨著普通數碼相機在近景攝影測量中的廣泛應用，如今的數字攝影測量與傳統的單基線立體、測標的近景攝影測量相比已有了很大的差別。傳統的攝影測量多是模擬“人的雙目”，依靠一條基線、兩張影像所構成的立體像對，即“單基線立體”。這種基于作業員的目視立體觀測的模擬、解析攝影測量必須根據精度要求，考慮被攝對象的遠景、近景，來設計攝影基線、交向角，比較復雜。且若以一個立體像對為單位，則難以像航空攝影測量一樣，按一個攝影區域進行處理。特別是對房屋這種體形體比較龐大、特殊的目標時，很難進行拍攝及后續數據處理。并且對單基線立體的處理一般均按非量測相機的直接線性變換進行，每個像對至少需要6個控制點，因此增加了外業的工作量。若希望利用現有的非量測數碼相機，減少外業控制點，進行自檢校區域網平差，提高精度和匹配的可靠性，則需要對傳統算法進行改進，在近景攝影測量中采用短基線、大角度、多目視覺，即大傾角多基線近景攝影測量方法。

為快速、準確解算大傾角多基線攝影測量，需要提供外方位線元素和角元素的初值，即通過定位定姿系統提供相機中心的位置和姿態信息。利用大傾角多基線攝影測量的數學模型，每個攝站對被攝物拍若干張一定重疊度的像片，可構成多基線多影像組序列，提高影像匹配的效率和可靠性，生成高精度的建筑三維模型。

現今對于可定位定姿的攝影測量系統主要集中在航空攝影測量、地面移動攝影測量系統(MMS)中。無論是航測還是MMS中的定位定姿系統，都是IMU/DGPS組合的高精度位置與姿態測量系統(positionandorientationsystem,POS)。POS系統利用裝在飛機上的GPS接收機和設在地面上的一個或多個基站上的GPS接收機同步而連續地觀測GPS衛星信號，精密定位主要采用差分GPS定位(DGPS)技術，而姿態測量主要是利用慣性測量裝置IMU來感測飛機或其他載體的加速度，經過積分運算，獲取載體的速度和姿態等信息。因此，POS的產品組成包括導航處理計算機(PCS)、慣性測量單元(IMU)、里程計(DMI)、導航信息綜合顯示軟件和導航數據緊密集成軟件等。

同樣將相機和定位定姿系統結合考慮的是徠卡公司生產的TS15圖像全站儀。TS15全站儀在傳統全站儀上假設了一臺500萬像素的相機，利用相機結合自動化照準，超級搜索等功能，使得圖像測量解脫了肉眼瞄準測量的繁瑣。同時通過使用全站儀的內置相機獲取目標物體立體像對，完成攝影測量。即在使用內置相機獲取目標物體立體像對，根據相機主光軸和全站儀視準軸之間的關系，以及全站儀在每次拍攝測量時的攝站信息和姿態信息，可以獲取每張像片的6個外方位元素，從而在無地面控制點的情況下進行攝影測量。