李安福，吳曉明，路玲玲，葉澤田

（1. 新疆疆海測繪院, 新疆 烏魯木齊 830000；2.中國測繪科學(xué)研究院，北京 100039；3.北京四維遠(yuǎn)見信息技術(shù)有限公司，北京 100039；4.北京四維圖新科技股份有限公司，北京 100028）

基于傾斜攝影的影像檢索及量測探討

李安福1，吳曉明2,3，路玲玲4，葉澤田2,3

（1. 新疆疆海測繪院, 新疆 烏魯木齊 830000；2.中國測繪科學(xué)研究院，北京 100039；3.北京四維遠(yuǎn)見信息技術(shù)有限公司，北京 100039；4.北京四維圖新科技股份有限公司，北京 100028）

介紹了傾斜攝影影像檢索和單斜片量測的基本原理、流程，根據(jù)傾斜攝影工程的特點(diǎn)，分析了工程應(yīng)用中的現(xiàn)實(shí)需求，指出了該系統(tǒng)研發(fā)的必要性及其在工程應(yīng)用中的實(shí)際作用，并通過真實(shí)的傾斜攝影工程數(shù)據(jù)對該系統(tǒng)的功能進(jìn)行了展示和說明。

傾斜攝影； 檢索 ；量測

傾斜攝影獲取的影像數(shù)據(jù)量非常大，是常規(guī)大比例尺航攝影像數(shù)據(jù)量的10倍以上[1]，需要對獲取的大量影像進(jìn)行有效管理，包括查詢、瀏覽、檢索等功能。第一時(shí)間了解到關(guān)注區(qū)域的多視角影像信息，并且基于傾斜影像自身的特點(diǎn)，開發(fā)DEM支持的單斜片測量功能，通過獲取的影像及外方位元素便可第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)關(guān)注區(qū)域的細(xì)節(jié)顯示及相關(guān)的量測功能[2]，給城市管理及相關(guān)決策部門提供快速、有效的地理參考信息。

1 原理流程介紹

1.1 斜片檢索原理

通過一個按樹狀分層的文件數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對傾斜攝影系統(tǒng)的不同相機(jī)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)進(jìn)行分層管理。以傾斜攝影系統(tǒng)中的相機(jī)類型碼和相片編號共同組成識別傾斜攝影系統(tǒng)不同相片的標(biāo)識碼，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的文件管理和查詢檢索。檢索主要分為基于有正射影像和無正射影像2種方式。方式一是在POS數(shù)據(jù)及測區(qū)的DEM、DOM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立待檢索斜片與DOM數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，得到傾斜相片在DOM上的平面覆蓋范圍，依據(jù)每張斜片的平面覆蓋范圍，當(dāng)已知測區(qū)內(nèi)某一物點(diǎn)的物方平面坐標(biāo)時(shí)，即可對所有覆蓋了該物點(diǎn)的斜片進(jìn)行檢索，如圖1所示。檢索的結(jié)果以與像主點(diǎn)距離優(yōu)先算法進(jìn)行顯示，即在檢索執(zhí)行后，對所有符合檢索要求的斜片進(jìn)行比較，通過該物點(diǎn)的物方平面坐標(biāo)與該相片像主點(diǎn)的物方平面坐標(biāo)距離進(jìn)行比對，距離最短的作為第一檢索結(jié)果，用以保障最優(yōu)檢索結(jié)果的顯示，并通過一個熱鍵依次查看顯示所有被檢索出的影像。方式二是在無DOM和DEM數(shù)據(jù)支持時(shí)，僅通過每個曝光點(diǎn)的POS數(shù)據(jù)，將曝光點(diǎn)信息按航帶展示在程序視圖內(nèi)，并通過影像編號和曝光點(diǎn)POS數(shù)據(jù)建立一一對應(yīng)關(guān)系，以影像編號作為檢索關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)簡單的檢索和顯示。

圖1 斜片檢索原理流程圖

1.2 單斜片量測原理[3]

在POS數(shù)據(jù)及測區(qū)的DEM、DOM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立待測量斜片與DOM數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，得到一定意義上的傾斜糾正影像，再對傾斜糾正斜片進(jìn)行一些相對參數(shù)的測量[4]，主要包括地物的高度、長度、距離及面積的測量等。

研究實(shí)現(xiàn)了一種基于“虛擬斜片”點(diǎn)比例尺的單斜片參數(shù)測定方法。在航空攝影相片上，每一個像點(diǎn)（微線段）都對應(yīng)著一個攝影比例尺，與豎直攝影相片一樣，傾斜攝影相片上的每個像點(diǎn)也存在一個對應(yīng)的攝影比例尺。嚴(yán)格地說，只有對水平地面的理想攝影相片上的每個像點(diǎn)的攝影比例尺是相同的[5]，當(dāng)?shù)孛娲嬖诘匦纹鸱鼤r(shí)，理想攝影相片上的每個像點(diǎn)的攝影比例尺也不相同，一般可利用一定范圍內(nèi)的平均航高來計(jì)算（糾正后）相片的平均比例尺，并用平均比例尺作為該范圍內(nèi)每個像點(diǎn)的攝影比例尺。因此，基于測區(qū)的平均航高和DEM可進(jìn)行斜片上像點(diǎn)比例尺的快速計(jì)算，其原理如圖2所示。圖中，S為投影中心，過S點(diǎn)的通過像點(diǎn)p的光線Sp交地面于P點(diǎn)，交平均航高對應(yīng)的地表平面E于Pe點(diǎn)，Pd為過Pe點(diǎn)的垂線與DEM面的交點(diǎn)，過P點(diǎn)作平行于像平面的平面為過P點(diǎn)的“虛擬斜片”。若用S點(diǎn)到Pd點(diǎn)的距離近似作為其到P點(diǎn)的距離（其誤差約為Pd點(diǎn)到虛擬斜片的距離），則物方P點(diǎn)鄰域內(nèi)物點(diǎn)對應(yīng)的每個像點(diǎn)（像方為p點(diǎn)的一個鄰域內(nèi)）的點(diǎn)攝影比例尺即可以表達(dá)為：

圖2 斜片點(diǎn)比例尺的確定

單斜片測量的原理流程、數(shù)據(jù)流與功能模塊的關(guān)系如圖3所示。

圖3 基于DEM的傾斜影像三維測量

2 開發(fā)環(huán)境

軟件開發(fā)環(huán)境包括：

1）操作系統(tǒng)：XP/Win7；

2）開發(fā)語言：VC++6．0/VC++2010。

3 主要功能實(shí)現(xiàn)

通過SWDC-5傾斜相機(jī)執(zhí)行的保定市傾斜攝影工程數(shù)據(jù)對該系統(tǒng)進(jìn)行功能驗(yàn)證。系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)的主要功能有：

1）多種數(shù)據(jù)的分類管理，包括影像文件、相機(jī)文件、POS數(shù)據(jù)文件、工程信息文件以及DOM、DEM等文件的分類管理。

2）DOM影像、傾斜影像的顯示與漫游。

3）無DOM條件下基于影像編號的檢索。在用戶不能提供DOM、DEM數(shù)據(jù)支持的條件下，程序開發(fā)了以相片名稱作為關(guān)鍵字的檢索方式。將曝光點(diǎn)坐標(biāo)按航帶展開在程序主視圖內(nèi)，以影像編號作為關(guān)鍵字，對相應(yīng)的子相機(jī)傾斜相片進(jìn)行檢索和顯示漫游，實(shí)現(xiàn)傾斜航攝后最基本的檢索和查看功能，如圖4所示。

圖4 基于影像編號的檢索與顯示

4） 基于DOM的影像檢索與顯示漫游。利用該功能，可以第一時(shí)間將設(shè)計(jì)的航帶與攝區(qū)已有的正射影像進(jìn)行疊加，通過正射影像上關(guān)注的地物，對航攝獲取的最新影像進(jìn)行檢索，獲取第一手關(guān)注資料。圖5左圖為大區(qū)域的正射影像，右圖為檢索到的單張下視正拍影像。

圖5 基于DOM的檢索與顯示

5）興趣影像的多視角關(guān)聯(lián)顯示。通過該功能可以實(shí)現(xiàn)影像的多視角聯(lián)動顯示，對于興趣區(qū)域的建筑物，可以實(shí)現(xiàn)該建筑物4個側(cè)面紋理的實(shí)時(shí)顯示（如圖6所示），支持聯(lián)動影像與正射影像不同視圖的跳轉(zhuǎn)，支持對于關(guān)注建筑物的各種量測分析。

圖6 同一建筑物的4個視角紋理影像

6）單斜片量測。對于檢索到的單片傾斜影像，可以進(jìn)行各種距離、面積和建筑物高度的量測，在此基礎(chǔ)上即可進(jìn)行基于距離的分析應(yīng)用，給最終用戶以直接的數(shù)據(jù)參考。

圖7 空間距離量測

4 結(jié) 語

傾斜攝影的特點(diǎn)是影像數(shù)據(jù)量非常大[6]，有效的影像檢索管理能夠快速實(shí)現(xiàn)對所拍攝城市的全面了解。對于關(guān)注區(qū)域?qū)崿F(xiàn)多視角的觀測和測量分析，能夠給使用者最直觀的體驗(yàn)和信息參考，使得傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)2個方面的覆蓋，即建模前單片傾斜影像方向的應(yīng)用和建模后實(shí)景三維城市方面的應(yīng)用[7]，最大限度地發(fā)揮傾斜影像的作用。

[1] 田野,向宇,高峰,等．利用Pictometry傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行全自動快速三維實(shí)景城市生產(chǎn)——以常州市三維實(shí)景城市生產(chǎn)為例[J]．測繪通報(bào)，2013(2):59-66

[2] 王卿,郭增長,李豪,等．多角度傾斜攝影系統(tǒng)三維量測方法研究[J]．測繪工程，2014,23(3):10-14

[3] 李祎峰,宮晉平,楊新海,等．機(jī)載傾斜攝影數(shù)據(jù)在三維建模及單斜片測量中的應(yīng)用[J]． 遙感信息，2013(3):102-106

[4] 張祖勛，張勇．城區(qū)鉛垂線輔助空中三角測量研究[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版，2007,32(8):659-662

[5] 張祖勛，張劍清． 數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)[M]． 武漢:武漢大學(xué)出版社，1997

[6] 朱慶，徐冠宇，杜志強(qiáng)，等．傾斜攝影測量技術(shù)綜述[EB/OL]．http://www．paper．edu．cn/releasepaper/content/201205-355, 2012-05-22

[7] 王偉,黃雯雯,鎮(zhèn)姣．Pictometry傾斜攝影技術(shù)及其在3維城市建模中的應(yīng)用[J]．測繪與空間地理信息，2011,34(3):181-183

P231.5

B

1672-4623（2015）02-0088-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.033

李安福，高級工程師，主要從事攝影測量、工程測量等方面的研究工作。

2015-01-28。

項(xiàng)目來源：國家測繪地理信息局基礎(chǔ)科技資助項(xiàng)目（2011A1001）。