[实用新型]一种可定位定姿的近景摄影测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可定位定姿的近景摄影测量系统，属于测绘科学与技术领域，具体的涉及摄影测量技术。该系统利用装在相机上的棱镜和架设在通视范围内的全站仪对系统进行实时跟踪定位，利用装在相机底部云台下方的水平度盘和相机左/右侧的垂直度盘对系统进行实时定姿。通过建立棱镜、水平度盘、垂直度盘和相机的关系模型，将定位定姿数据转换到相机中心，从而在利用摄影测量技术拍摄影像的同时，获取相机的位置和姿态等信息。

背景技术

摄影测量是研究利用摄影或遥感的手段获取被测物体的信息(影像)，经过分析、处理，确定被测物体的形状、大小和位置，并判断其性质的学科。摄影测量的特点是不接触被测对象，间接地采集被测对象的几何信息和物理信息，不受区域限制，量测工作和信息获取分别进行；量测工作大部分在室内进行；机械化和自动化程度高。

作为摄影测量学的一门分支——近景摄影测量在建筑物的变形观测、动态监测、文物保护等工作中起着重要的作用。与三维激光扫描、传统手工测量等测绘手段相比，近景摄影测量设备成本低廉、外业采集时间短、数据量小，这些优点使得近景摄影测量技术在文物测绘、考古、隧道、桥梁、机械、海洋等领域中的应用将越来越广泛，将数字摄影测量技术与RS(遥感)、GPS、GIS进行集成，在城市规划、文物保护、地下工程等实践中取得了良好的效果。

摄影测量逐步发展到了全数字摄影测量阶段。目前，数字摄影测量的应用已经很广泛，能以某种精度测定物体的形状、大小和运动参数。随着计算机技术的发展和微处理机的广泛应用，近景摄影测量技术正朝着自动化的方向发展。

摄影测量的一大特点就是测绘外业周期短，作业速度快，劳动强度大为降低。然而相比外业，摄影测量的内业工作量较大，除了需要对大量影像提取特征点并匹配外，还需要解算影像的外方位元素和待求点地面坐标。

并且随着普通数码相机在近景摄影测量中的广泛应用，如今的数字摄影测量与传统的单基线立体、测标的近景摄影测量相比已有了很大的差别。传统的摄影测量多是模拟“人的双目”，依靠一条基线、两张影像所构成的立体像对，即“单基线立体”。这种基于作业员的目视立体观测的模拟、解析摄影测量必须根据精度要求，考虑被摄对象的远景、近景，来设计摄影基线、交向角，比较复杂。且若以一个立体像对为单位，则难以像航空摄影测量一样，按一个摄影区域进行处理。特别是对房屋这种体形体比较庞大、特殊的目标时，很难进行拍摄及后续数据处理。并且对单基线立体的处理一般均按非量测相机的直接线性变换进行，每个像对至少需要6个控制点，因此增加了外业的工作量。若希望利用现有的非量测数码相机，减少外业控制点，进行自检校区域网平差，提高精度和匹配的可靠性，则需要对传统算法进行改进，在近景摄影测量中采用短基线、大角度、多目视觉，即大倾角多基线近景摄影测量方法。

为快速、准确解算大倾角多基线摄影测量，需要提供外方位线元素和角元素的初值，即通过定位定姿系统提供相机中心的位置和姿态信息。利用大倾角多基线摄影测量的数学模型，每个摄站对被摄物拍若干张一定重叠度的像片，可构成多基线多影像组序列，提高影像匹配的效率和可靠性，生成高精度的建筑三维模型。

现今对于可定位定姿的摄影测量系统主要集中在航空摄影测量、地面移动摄影测量系统(MMS)中。无论是航测还是MMS中的定位定姿系统，都是IMU/DGPS组合的高精度位置与姿态测量系统(positionandorientationsystem,POS)。POS系统利用装在飞机上的GPS接收机和设在地面上的一个或多个基站上的GPS接收机同步而连续地观测GPS卫星信号，精密定位主要采用差分GPS定位(DGPS)技术，而姿态测量主要是利用惯性测量装置IMU来感测飞机或其他载体的加速度，经过积分运算，获取载体的速度和姿态等信息。因此，POS的产品组成包括导航处理计算机(PCS)、惯性测量单元(IMU)、里程计(DMI)、导航信息综合显示软件和导航数据紧密集成软件等。

同样将相机和定位定姿系统结合考虑的是徕卡公司生产的TS15图像全站仪。TS15全站仪在传统全站仪上假设了一台500万像素的相机，利用相机结合自动化照准，超级搜索等功能，使得图像测量解脱了肉眼瞄准测量的繁琐。同时通过使用全站仪的内置相机获取目标物体立体像对，完成摄影测量。即在使用内置相机获取目标物体立体像对，根据相机主光轴和全站仪视准轴之间的关系，以及全站仪在每次拍摄测量时的摄站信息和姿态信息，可以获取每张像片的6个外方位元素，从而在无地面控制点的情况下进行摄影测量。