一种基于内插标准点的像对线生成方法与流程

1.本发明属于航测制图技术领域，具体涉及一种基于内插标准点的像对线生成方法。


背景技术：

2.航摄立体像对测图范围线简称“像对线”，它划定了单个立体像对模型内可以测绘数字地形图的范围，作业人员在像对线范围内进行地图数据采集。在航测制图生产过程中，像对线的生成是不可或缺的一环。传统的像对线生成方法为：在每张航片标准点2和8处人工添加一对内业加密点，根据像点坐标分别找出每张航片上距离标准点2和8处最近的加密点，顺次连接相邻航片上四个标准点位处的加密点，得到的四边形即为该立体像对的像对线。随着计算机性能的提高与影像匹配技术的发展，许多摄影测量专业软件能够在短时间内提取出海量的加密点，无须人工在标准点位加点即可满足技术质量要求，极大提高了生产效率。由于自动提取算法基于图像特征而非位置，无法保证每张航片的标准点2和8处均存在加密点，导致传统的像对线生成方法经常出现像对线缺失的问题，影响生产效率。


技术实现要素：

3.为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种基于内插标准点的像对线生成方法，利用二阶反距离加权算法内插得出标准点2或8对应的物方高程，以内插物方高程、像平面坐标、以及像片外方位元素为已知数据，通过摄影测量共线方程逆算式解求出标准点物方平面坐标，保证在航片标准点2和8处没有加密点时，仍能正确生成像对线。
4.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
5.一种基于内插标准点的像对线生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.步骤一：通过二阶反距离加权法内插得出标准点物方高程；
7.步骤二：解求标准点物方平面坐标；
8.步骤三：生成像对线。
9.进一步，步骤一具体为：
10.基于航空摄影测量空三加密成果，以加密点物方高程为样本，基于加密点和标准点的像平面坐标确定权重系数，采用二阶反距离加权法内插得出标准点2和8对应的物方高程，具体计算公式如下：
[0011][0012]
式中，n为标准点所在航片的加密点总数，xi、yi为第i个加密点的像平面坐标(毫米)，x、y为标准点的像平面坐标(毫米)，z为标准点的内插物方高程(米)，zi为第i个加密点的物方高程(米)，采用(0,
±
0.4
·
width)作为单张航片中两个标准点的像平面坐标值，width为航摄底片的宽度。
[0013]
进一步，步骤二具体为：
[0014]
以物方高程、像平面坐标、以及像片外方位元素为已知数据，通过摄影测量共线方程逆算式解求出标准点2和8对应的物方平面坐标，共线方程的逆算式如下：
[0015][0016][0017]
式中，x、y为标准点的物方平面坐标(米)，x、y为标准点的像平面坐标(毫米)，xs、ys、zs为像片外方位线元素(米)，f为相机主距(毫米)，ω、κ为像片外方位角元素(弧度)，ai、bi、ci(i＝1，2，3)为利用三个外方位角元素计算得出的旋转矩阵的九个元素。
[0018]
进一步，步骤三具体为：
[0019]
生成像对线：将每条航带内每个像对的四个标准点对应的内插物方点顺次连接，即可得到该工程所包含的所有像对线。
[0020]
本发明的有益效果：
[0021]
1)本发明在航片标准点2和8附近没有加密点时，仍能正确生成像对线，显著提高了像对线可用性以及算法稳定性；
[0022]
2)本发明由于采用了内插算法，解算结果更接近标准点的物方实际位置，像对线顶点坐标更加精确，更为准确地界定了立体像对模型的测图范围。
附图说明
[0023]
图1为本发明操作流程图；
[0024]
图2为本发明提及的单张航片标准点位位置示意图；
[0025]
图3为本发明基本原理示意图；
[0026]
图4为本发明制作的z/i格式空三加密成果数据样例；
[0027]
图5为基于本发明开发的程序界面；
[0028]
图6为本发明在标准点8处缺少加密点情况下的像对线生成结果；
[0029]
图7为本发明生成的像对线图面效果与传统方法的对比。
具体实施方式
[0030]
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
[0031]
如图1、3所示，本发明包括以下步骤：
[0032]
步骤一，通过二阶反距离加权法内插得出标准点物方高程，具体为：
[0033]
随着计算机性能的提高与影像匹配技术的发展，航空摄影测量空三加密之后，每张航片上会自动提取出上百个内业加密点；利用大量已知坐标的内业加密点，通过空间插值的方式可以内插出航片上标准点2和8对应的物方高程。
[0034]
基于航空摄影测量空三加密成果，以加密点物方高程为样本，基于加密点和标准点的像平面坐标确定权重系数，采用二阶反距离加权法内插得出标准点2和8对应的物方高程，具体计算公式如下：
[0035][0036]
式中，n为标准点所在航片的加密点总数，xi、yi为第i个加密点的像平面坐标(毫米)，x、y为标准点的像平面坐标(毫米)，z为标准点的内插物方高程(米)，zi为第i个加密点的物方高程(米)，采用(0,
±
0.4
·
width)作为单张航片中两个标准点的像平面坐标值，width为航摄底片的宽度。
[0037]
步骤二，解求标准点物方平面坐标，具体为：
[0038]
对于单张航片，利用已知的外方位元素与标准点像平面坐标，可以唯一确定空间内过标准点2和8的摄影光线。用一个高度等于标准点内插物方高程的水平面去切摄影光线，可以唯一确定空间内一交点，这个交点就是标准点对应的物方坐标系中的点，将上述过程以数学公式的形式表达，即为共线方程的逆算式。
[0039]
以物方高程、像平面坐标、以及像片外方位元素为已知数据，通过摄影测量共线方程逆算式解求出标准点2和8对应的物方平面坐标，共线方程的逆算式如下：
[0040][0041][0042]
式中，x、y为标准点的物方平面坐标(米)，x、y为标准点的像平面坐标(毫米)，xs、ys、zs为像片外方位线元素(米)，f为相机主距(毫米)，ω、κ为像片外方位角元素(弧度)，ai、bi、ci(i＝1，2，3)为利用三个外方位角元素计算得出的旋转矩阵的九个元素。
[0043]
步骤三，生成像对线，具体为：
[0044]
生成像对线：将每条航带内每个像对的四个标准点对应的内插物方点顺次连接
(顺时针或者逆时针均可)，即可得到该工程所包含的所有像对线，航带间的像片不生成像对线。
[0045]
具体实施例如下：
[0046]
步骤1：准备空三加密成果
[0047]
在航测制图生产过程中，像对线是在空三加密后基于加密成果生成的；对于航空影像而言，生产中最常用的空三加密成果格式为z/i格式，包括6个文本文件：project、camera、control、triang、photo、model，分别记录着工程、相机、控制点、加密点、航片、模型的信息；其中，像对线生成需要用到的文件是camera、photo、triang，用来提供相机主距、像幅尺寸、像主点坐标、像片外方位元素、加密点像方坐标、和加密点物方坐标数据；采用南方某城际铁路项目其中一个测段的无人机航空摄影测量空三加密z/i成果作为本次实施的样例数据，如图4所示。
[0048]
步骤2：读取空三加密成果
[0049]
基于本发明原理，利用autocad二次开发技术编写了像对线生成程序，界面如图5所示；该程序通过读取z/i格式的空三加密成果，将数据自上而下组织为“工程-航带-航片-加密点”的层级结构，并记录相机信息。
[0050]
步骤3：内插航片标准点2和8的物方高程
[0051]
对于每张航片，基于photo和triang文件中记录的该航片上的所有加密点像方和物方坐标信息，利用公式(1)内插出标准点2和8的物方高程。
[0052]
步骤4：计算航片标准点2和8的物方平面坐标
[0053]
对于每张航片，基于camera和photo文件中记录的相机主距和该航片的外方位元素数据，利用公式(2)和公式(3)计算出标准点2和8的物方平面坐标，单张航片标准点位位置示意图如图2所示。
[0054]
步骤5：生成像对线
[0055]
将立体像对左右片上的四个标准点对应的内插物方点顺次连接，即可得到该立体像对的像对线，如图6所示；对每张航片对每条航带内的每个立体像对执行步骤5的操作，即可生成该空三加密工程下的所有像对线，如图7所示。
[0056]
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种基于内插标准点的像对线生成方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：通过二阶反距离加权法内插得出标准点物方高程；步骤二：解求标准点物方平面坐标；步骤三：生成像对线。2.根据权利要求1所述的一种基于内插标准点的像对线生成方法，其特征在于：步骤一具体为：基于航空摄影测量空三加密成果，以加密点物方高程为样本，基于加密点和标准点的像平面坐标确定权重系数，采用二阶反距离加权法内插得出标准点2和8对应的物方高程，具体计算公式如下：式中，n为标准点所在航片的加密点总数，x
i
、y
i
为第i个加密点的像平面坐标(毫米)，x、y为标准点的像平面坐标(毫米)，z为标准点的内插物方高程(米)，z
i
为第i个加密点的物方高程(米)，采用(0,
±
0.4
·
width)作为单张航片中两个标准点的像平面坐标值，width为航摄底片的宽度。3.根据权利要求1所述的一种基于内插标准点的像对线生成方法，其特征在于：步骤二具体为：以物方高程、像平面坐标、以及像片外方位元素为已知数据，通过摄影测量共线方程逆算式解求出标准点2和8对应的物方平面坐标，共线方程的逆算式如下：算式解求出标准点2和8对应的物方平面坐标，共线方程的逆算式如下：式中，x、y为标准点的物方平面坐标(米)，x、y为标准点的像平面坐标(毫米)，xs、ys、zs为像片外方位线元素(米)，f为相机主距(毫米)，ω、κ为像片外方位角元素(弧度)，ai、bi、ci(i＝1，2，3)为利用三个外方位角元素计算得出的旋转矩阵的九个元素。4.根据权利要求1所述的一种基于内插标准点的像对线生成方法，其特征在于：步骤三具体为：生成像对线：将每条航带内每个像对的四个标准点对应的内插物方点顺次连接，即可
得到该工程所包含的所有像对线。

技术总结
本发明公开了一种基于内插标准点的像对线生成方法。现有像对线生成方法经常出现像对线缺失的问题，影响生产效率。本发明基于航空摄影测量空三加密成果，采用二阶反距离加权法内插得出标准点2和8对应的物方高程；并以内插物方高程、像平面坐标、以及像片外方位元素为已知数据，通过摄影测量共线方程逆算式解求出标准点2和8对应的物方平面坐标；最后将每个像对的四个标准点对应的内插物方点顺次连接，即可得到该工程所包含的所有像对线。本发明具有易实现、精度高、更稳定的优点，能够解决像对线缺失缺漏的问题，为航测制图像对线的生成提供了一种新的方法。了一种新的方法。


技术研发人员：赵一方 张齐勇 方诗明 何小飞 王一婷 梁晨 潘荔君 王涛 张占忠 武瑞宏
受保护的技术使用者：中铁第一勘察设计院集团有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/21