[發明專利]一種多光學介質近景攝影測量方法

在審

• 申請號: 202010533957.8
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111750836A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 李林;路毅;蔡陽
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明針對現有攝影測量技術存在的局限性提出了一種多光學介質近景攝影測量方法，該方法通過以下步驟實現：相機校核、參數測定、系統設置、照片拍攝、攝影測量分析、光線建立、折射界面定位、光線追蹤、和最小二乘法估計。所提出的方法能夠基于近景攝影測量技術對處于不同光學介質中的目標物體進行測量，拓展了近景攝影測量技術的應用范圍，解決了當目標物和照片拍攝裝置處于不同光學介質條件下的攝影測量難題。

技術領域

本發明屬于近景測量技術領域，具體涉及一種多光學介質近景攝影測量方法。

背景技術

攝影測量是通過分析照片來測量目標物的形狀、大小和空間位置的技術。從相機的發明到現在，攝影測量已有170多年的歷史。隨著攝影技術的不斷更新以及相關器材價格的降低，攝影測量技術的應用越來越廣泛(如：地形圖制作、地質勘探、城市規劃與建設等)且精度也越來越高。然而，基于光沿直線傳播和共線/共面方程原理的近景攝影測量技術要求被測量的物體要與相機必須處在同樣的光學介質中(通常是都處于空氣中)。

近年來，近景攝影測量技術也逐漸被應用于室內試驗。試驗發現當待測物與相機處于不同光學介質中時，近景攝影測量技術的精度會急劇降低或根本不可用。其主要原因是由于光線在不同光學介質的交界面上不再沿直線傳播，共線/共面方程也不再成立。因此，建立一種多光學介質近景攝影測量方法來拓展攝影測量技術的應用范圍是攝影測量領域亟待解決的問題之一。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題提出了一種多光學介質近景攝影測量方法，該方法能夠使用近景攝影測量技術對處于不同光學介質中的目標物體進行測量，拓展攝影測量技術的應用范圍，解決了在不同光學介質下近景攝影測量技術應用的難題。

1.為實現上述目的，本發明的技術方案采用以下步驟實現：相機校核、參數測定、系統設置、照片拍攝、攝影測量分析、光線建立、折射界面定位、光線追蹤、和最小二乘法估計。

2.本發明所涉及的相機校核用于確定相機和鏡頭組合的系統參數(鏡頭焦距、圖像傳感器物理尺寸、像素數、相機中心點位置、徑向和環向畸變參數)。攝影測量技術利用了針孔相機原理，普通的單反相機與針孔相機有很大的不同。因此，需要對單反相機進行校核來確定相機鏡頭組合的系統參數以及畸變參數消除鏡頭畸變帶來的誤差。

3.本發明所涉及的參數測定用于確定近景攝影測量所涉及的各種光學介質在特定光線條件下的折射率和各種光學介質的影響范圍。光學介質的折射率與光線的波長相關，相同的光學介質對不同波長光線的折射率會有所不同。因此，需要在實際測量時的光照條件下來測量不同光學介質對應的折射率。此外，光線在不同光學介質的影響范圍可以通過量測來確定光線折射的界面。

4.本發明所涉及的系統設置需要在各光學界面布設測量標記點來輔助定位照片拍攝時的相機位置和方位、各個折射界面的準確位置、以及目標物上布設目標點來獲得目標物的幾何形態和位置。測量標記點的數量的確定應兼顧測量精度和對光線傳播路徑的影響來合理設置。此外，需依據與相機處于同一光學介質中的測量標記點和實際尺寸來建立一個三維的笛卡爾坐標系來實現目標物的測量。

5.本發明所涉及的照片拍攝需要對有關測量目標物拍攝大于等于兩張清晰的照片。照片的拍攝需要注意角度、照片數量、和相機離目標物體的距離。照片拍攝時，相機拍攝方向應盡量指向目標物；在保證精度的條件下可使用較少的照片數量以減少運算量；當測量目標物形態比較復雜的情況下，可適當提高照片數量以實現對形態目標物表面的無死角覆蓋；為達到更好的測量精度，相機與目標物的距離應適中，使目標物/照片比例大于60％。

6.本發明所涉及的攝影測量分析需要通過近景攝影測量技術以及測量標記點來定位與相機處在同一光學介質的測量標記點的三維位置和每張照片對應的拍攝位置和方位角。利用近景攝影測量技術來分析得到每張照片對應的相機位置和方位角時，必須將處于其它光學介質內的測量標記點剔除以免產生測量誤差或分析錯誤。