網(wǎng)上有很多關(guān)于pos機(jī)模型三維,「技術(shù)」多視幾何理論輔助的無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量空三加密的知識(shí)，也有很多人為大家解答關(guān)于pos機(jī)模型三維的問(wèn)題，今天pos機(jī)之家(www.shbwcl.net)為大家整理了關(guān)于這方面的知識(shí)，讓我們一起來(lái)看下吧!
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pos機(jī)模型三維
解析空中三角測(cè)量(又稱攝影測(cè)量加密)是攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)測(cè)圖和數(shù)字產(chǎn)品生成的第一道工序，其核心內(nèi)容是以像片上的像點(diǎn)坐標(biāo)為依據(jù)，用攝影測(cè)量的方法求解測(cè)區(qū)中所有影像的外方位元素，并基于攝影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn)，重建可量測(cè)的幾何立體模型?然后解求出地面點(diǎn)的空間坐標(biāo)[1]。 由于無(wú)人機(jī)有作業(yè)費(fèi)用低廉、作業(yè)方便及受氣候條件限制少等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于攝影測(cè)量、土地用途調(diào)查等諸多領(lǐng)域， 但是，無(wú)人機(jī)由于重量較輕，體積小，非常容易受氣流干擾，飛行穩(wěn)定性較差，航線保持較困難[2]， 所拍攝的航攝影像相對(duì)于常規(guī)航空攝影像片旋偏角大、航線彎曲度大、影像重疊度不規(guī)則等，從而導(dǎo)致無(wú)人機(jī)機(jī)載POS 系統(tǒng)定位定姿偏差較大[3] 。尤其在用于精度要求較高的大比例尺航空攝影測(cè)量領(lǐng)域時(shí)，其后續(xù)攝影測(cè)量空三加密成果的精度將會(huì)受到不同程度的影響[4] ，是失敗。
20 世紀(jì)80 年代后期興起的GPS 輔助空中三角測(cè)量技術(shù)[5] 可大量減少甚至完全不使用地面控制點(diǎn)來(lái)進(jìn)行攝影測(cè)量加密，以獲取航測(cè)成圖所需的圖根控制點(diǎn)， 盡管基于差分GPS 定位(DGPS)[6] 的空中三角測(cè)量技術(shù)在常規(guī)航空攝影測(cè)量中已被廣泛應(yīng)用?在我國(guó)的傳統(tǒng)航測(cè)4D 產(chǎn)品生產(chǎn)和西部測(cè)圖困難區(qū)域的地形測(cè)繪中發(fā)揮了重要作用，但對(duì)于低空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)的處理尚處于實(shí)驗(yàn)階段，且DGPS 系統(tǒng)的引入增加了系統(tǒng)成本、野外基站的布設(shè)及測(cè)量方面的工作，另一方面，GPS 接收機(jī)在無(wú)人機(jī)高速飛行條件下容易發(fā)生信號(hào)失鎖或周跳，定位結(jié)果易受影響[7] 。
源于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的多視幾何(multiple-viewgeometry)[8] 與傳統(tǒng)攝影測(cè)量在很多方面有極大的相似性， 多視幾何由于對(duì)初始條件要求很低，因此對(duì)硬件條件及數(shù)據(jù)獲取條件要求也很低。 然而，多視幾何理論與傳統(tǒng)攝影測(cè)量理論并不完全一致，兩者仍存在一定的差異，如何將多視幾何理論引入傳統(tǒng)攝影測(cè)量加密，使多視幾何理論彌補(bǔ)傳統(tǒng)攝影測(cè)量理論的不足與局限性，無(wú)疑具有重要的實(shí)踐意義。
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多視幾何理論輔助的空三加密
1.1二者的差異
在已標(biāo)定相機(jī)的前提下，給出攝影測(cè)量和多視幾何的技術(shù)流程，如圖1 所示，
圖1多視幾何與攝影測(cè)量空三加密技術(shù)流程
由圖1 可以看出，多視幾何與傳統(tǒng)攝影測(cè)量的基本目的是一致的，即都是通過(guò)二維序列影像重建三維模型(相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)詳見文獻(xiàn)[9]，在此不再贅述)， 但二者也存在一定的差異，從對(duì)最終測(cè)量成果精度的影響來(lái)看，主要包括:
(1) 算法差異:由于攝影測(cè)量源于測(cè)繪學(xué)科，測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法———最小二乘迭代求解幾乎貫穿于攝影測(cè)量的全過(guò)程，而計(jì)算機(jī)視覺更強(qiáng)調(diào)矩陣分解，總是設(shè)法將非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性問(wèn)題，盡可能避免求解非線性方程。 因而，攝影測(cè)量較多視幾何具有更高的定位精度。
(2) 初始數(shù)據(jù):攝影測(cè)量利用最小二乘原理進(jìn)行求解，因此所求未知數(shù)必須具有良好初始值， 這些初始值通常與飛機(jī)拍攝瞬間的姿態(tài)和方向有關(guān)，而無(wú)人機(jī)機(jī)載POS 定位定姿系統(tǒng)通常偏差較大，從而造成非線性最小二乘求解的困難。而多視幾何理論并不要求未知數(shù)具備初始值，因?yàn)槎嘁晭缀卫碚摰囊阎獢?shù)據(jù)僅需要影像上特征像點(diǎn)的像素坐標(biāo)。
(3) 像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值精度:多視幾何中的立體影像匹配技術(shù)成果頗豐，但大多強(qiáng)調(diào)匹配結(jié)果的穩(wěn)健性，如新近發(fā)展的基于塊匹配技術(shù)的多視立體(patch-based multi-view stereo)[10] ，這些匹配方法在精度上尚低于如攝影測(cè)量領(lǐng)域所常用的最小二乘匹配技術(shù)。
基于以上的分析可知，多視幾何技術(shù)對(duì)影像拍攝位置和方向無(wú)需嚴(yán)格約束，具有很好的魯棒性和穩(wěn)健性，其優(yōu)化結(jié)果恰好為攝影測(cè)量加密提供了良好的初始數(shù)據(jù)， 這也是二者可進(jìn)行有效融合的理論和現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。
1.2多視幾何理論輔助的空三加密
傳統(tǒng)攝影測(cè)量加密采用理論較為嚴(yán)密的光束法區(qū)域平差，其使用的函數(shù)模型為共線方程
基于式(3)的結(jié)果可為式(2)提供待求參數(shù)初始值， 更進(jìn)一步的，式(3) 的結(jié)果還可以再迭代優(yōu)化。
不失一般性，假設(shè)攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)(計(jì)算機(jī)視覺一般稱之為影像場(chǎng)景)中共有n 個(gè)三維空間點(diǎn)在m 張相片中可見并令xij為第i 個(gè)像點(diǎn)在第j 張影像上的像點(diǎn)坐標(biāo)，設(shè)定一個(gè)二進(jìn)制變量vij ，如果第i 個(gè)像點(diǎn)在第j 張影像上可見，則vij =1，否則vij =0，令aj表示相機(jī)參數(shù)，bj 表示一個(gè)三維空間點(diǎn)，則多視幾何采用的光束法平差即是按下式最小化通過(guò)三維空間點(diǎn)和相機(jī)參數(shù)計(jì)算得到的像點(diǎn)的重投影誤差
用中，可以基于式(3)或式(5)的結(jié)果為式(2)提供待求參數(shù)初始值。
2
試驗(yàn)
2.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)及軟件系統(tǒng)選擇了不同地面分辨率及不同地形特征的3 塊區(qū)域(簡(jiǎn)記為A、B、C)開展試驗(yàn)(詳見表1)， A 區(qū)域?yàn)槠教沟匦危孛娓叱碳s為45 m，共3 條航帶30 張影像，覆蓋面積約1.3km2，布設(shè)了24 個(gè)像控點(diǎn)，其中10 個(gè)為檢查點(diǎn)，B 區(qū)域?yàn)榍鹆甑匦危孛娓叱?300~1500 m，共8 條航帶392 張影像，覆蓋面積約10km2，布設(shè)了38 個(gè)像控點(diǎn)，其中11 個(gè)為檢查點(diǎn)，C 區(qū)域?yàn)楦呱降氐匦危孛娓叱?300 ~ 2100 m，共14 條航帶520 張影像，覆蓋面積約16.5km2，布設(shè)了72 個(gè)像控點(diǎn)，其中18 個(gè)為檢查點(diǎn)， 各區(qū)域航線布設(shè)及像控點(diǎn)分布如圖2 所示，圖中三角形為像控點(diǎn)，圓形為檢查點(diǎn)，其余為航點(diǎn)， 3 個(gè)測(cè)區(qū)的無(wú)人機(jī)航攝參數(shù)見表1。
圖2各區(qū)域航線布設(shè)及像控點(diǎn)分布
多視幾何和攝影測(cè)量加密算法分別選用目前使用較為廣泛的Agisoft PhotoScan[12] 和Inpho[13] 軟件系統(tǒng)? PhotoScan 基于計(jì)算機(jī)視覺最新的多視圖三維重建技術(shù)對(duì)序列立體影像進(jìn)行全自動(dòng)化的處理,也可以通過(guò)給予的控制點(diǎn)生成測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)下的真實(shí)坐標(biāo)的三維模型[14]， Inpho 對(duì)于各種航空框幅式相機(jī)、數(shù)字框幅式CCD 相機(jī)、推掃式ADS40 相機(jī)甚至無(wú)人機(jī)承載的數(shù)碼相機(jī)等獲取的影像均可實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的高效空三處理?其用于空三加密處理的模塊為MATCH-AT，該模塊采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差模型進(jìn)行平差解算，其自動(dòng)化的最小二乘匹配技術(shù)精度較高[15] 。
2.2試驗(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)及分析主要是基于像控點(diǎn)采用不同的攝影測(cè)量加密方案完成空三加密，繼而在各試驗(yàn)場(chǎng)地中布設(shè)的像控點(diǎn)中選取t 個(gè)點(diǎn)，比較其GPS 測(cè)量坐標(biāo)與立體模型中的人工測(cè)量坐標(biāo)的較差Δi (i = X，Y，Z)，并計(jì)算其中誤差，即
，
，來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析， 考慮到本文的主要研究目的，設(shè)計(jì)了如下空三加密試驗(yàn)方案。方案1:基于PhotoScan 的攝影測(cè)量加密(主要利用該軟件系統(tǒng)中的基于式(3)—(5) 的稀疏光束法優(yōu)化功能)；方案2:基于Inpho 的攝影測(cè)量空三加密；方案3:多視幾何輔助的攝影測(cè)量空三加密， 即將PhotoScan 的空三成果作為光束法平差的初始值，利用Inpho 軟件基于式(2)進(jìn)一步迭代優(yōu)化。
圖3 和圖4 分別給出了各區(qū)域采用方案1 和方案3 空三結(jié)果的圖形顯示，表2 給出了方案1 和方案3 空三外方位差值統(tǒng)計(jì)，表3 給出了各區(qū)域采用方案1 和方案2 和方案3 的檢查點(diǎn)立體量測(cè)精度統(tǒng)計(jì)，圖5 所示為試驗(yàn)區(qū)域A 檢查點(diǎn)高程誤差統(tǒng)計(jì)折線圖(分析X、Y 坐標(biāo)誤差分布，具有類似規(guī)律，因篇幅所限，這里未全部繪出)。
圖3各區(qū)域方案1 的空三結(jié)果
以上試驗(yàn)結(jié)果表明:
(1) 方案1(基于PhotoScan 的攝影測(cè)量加密)得到的外方位元素與方案3(多視幾何輔助的攝影測(cè)量空三加密)得到的外方位元素比較接近， 兩種方案獲得的線元素差值均小于1 m，角元素差值均小于0.1°，因此將方案1 得到的結(jié)果作為方案3 的初始值具有很高的精度。
圖4各區(qū)域方案3 的空三結(jié)果
(2) 針對(duì)各區(qū)域檢查點(diǎn)立體量測(cè)精度，比較方案1 和方案3 可以看出方案3 精度更高，對(duì)于試驗(yàn)區(qū)域B 和C，方案2(基于Inpho 的攝影測(cè)量空三加密)結(jié)果失敗，可以看出方案3 可靠性更高。
(3) 從圖5 可以看出，對(duì)于試驗(yàn)區(qū)域A，方案1得到的檢查點(diǎn)高程誤差較大，比較方案2 和方案3可以看出方案3 得到的檢查點(diǎn)高程誤差較小，因此方案3 空三加密精度更高。
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結(jié)語(yǔ)
多視幾何理論及其技術(shù)的發(fā)展為傳統(tǒng)攝影測(cè)量領(lǐng)域提供了新的發(fā)展方向，針對(duì)無(wú)人機(jī)本身質(zhì)量輕、載荷低，自帶的POS 數(shù)據(jù)精度不高等問(wèn)題，其后續(xù)攝影測(cè)量空三加密成果的精度將會(huì)受到不同程度的影響，甚至失敗。 本文提出了將多視幾何理論引入傳統(tǒng)攝影測(cè)量的方案，采用不同地面分辨率和不同地形特征的多個(gè)測(cè)區(qū)試驗(yàn)，結(jié)果表明該方案能提高無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量空三加密的可靠性和立體量測(cè)精度。
以上就是關(guān)于pos機(jī)模型三維,「技術(shù)」多視幾何理論輔助的無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量空三加密的知識(shí)，后面我們會(huì)繼續(xù)為大家整理關(guān)于pos機(jī)模型三維的知識(shí)，希望能夠幫助到大家！
