[发明专利]已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统

说明书

本发明提供一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法及系统，进行摄站位置三维坐标获取，包括测量获得影像拍摄时摄站的三维坐标；对拍摄的目标点图像，量测在影像上的二维坐标；引入单位四元数构建影像空间到物方空间的旋转矩阵；相对定向获取物方三维坐标初始值，对单位四元数构建的旋转矩阵求微分，建立关于单位四元数的误差方程式；建立单位四元数约束条件方程，附带有限定条件的区域网平差，包括利用附带有限定条件的间接平差方法进行迭代计算，求解目标点三维坐标。本发明的实施毋需布设影像控制点，减少了区域网平差时对摄影坐未知数的求解，方法简单易行，测量速度快，减少了作业时间，极大提高了测量作业效率。

技术领域

本发明涉及摄影测量和视觉测量几何定位技术领域，尤其涉及已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统。

背景技术

获取目标的几何位置是摄影测量和视觉测量中关键问题之一。其原理主要是利用摄像机，通过获取被测量目标的图像，经处理后而得到被摄物体的几何和位置信息，主要优势在于具有非接触性、速度快、可同时获取众多观测目标、精度高等特点。已经在地形测量、工业测量、城市三维建模、考古(古文物、古建筑等)、生物医学等众多领域得到应用。但其主要的缺陷在于，仅仅利用图像构建的测量目标在绝对位置、尺寸大小、相互距离等几何信息方面都是相对的，即利用图像构建的三维模型与实际物体是相似的，但存在整体的三维旋转和一个尺寸大小比例缩放。要想得到被测目标的绝对几何信息，就要依赖与外部控制点，摄影测量中称为影像控制点(已知其在影像上的二维坐标和对应物方的三维坐标)。

获取影像控制点的做法是利用其它测量工具(GNSS测量方法、全站仪、激光扫描仪、激光跟踪仪等)，对少量被测目标点进行三维坐标测量，将其作为外部控制，对构建的三维模型进行三维旋转和一定的比例缩放，从而得到观测目标的绝对几何信息。而影像控制点的获取是非常繁琐的事情，一般先要在被测目标前建立三维控制场，然后对目标点逐一进行观测。

这种做法工作量大、作业进度慢，后期数据处理也较为复杂，需要求解的未知量包括目标点的三维坐标和拍摄每张像片时候摄像机的位置、姿态(6个外方位元素)，一般通过光束法区域网平差求解。

因此，本领域亟待更有效率的技术方案出现。

发明内容

本发明的技术特点在于针对现有技术的不足，提供一种已知摄站位置的近景摄影测量目标定位技术方案。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，在没有影像控制点的条件下执行包括以下步骤：

步骤1、摄站位置三维坐标获取，包括测量获得影像拍摄时摄站的三维坐标；

步骤2、目标点图像坐标量测，包括对拍摄的目标点图像，量测在影像上的二维坐标；

步骤3、基于单位四元数的旋转矩阵构建，包括引入单位四元数q₀，q_x，q_y，q_z构建影像空间到物方空间的旋转矩阵；

步骤4、相对定向获取物方三维坐标初始值，包括在已知摄站位置的情况下，利用影像的相对位置关系，使同名光线相交于一点得到物方三维坐标初始值；

步骤5、四元数误差方程式建立，包括对单位四元数构建的旋转矩阵求微分，建立关于单位四元数的误差方程式；

步骤6、建立单位四元数约束条件方程，包括由单位四元数满足平方和为1的限定条件，求微分以后得到约束条件方程；

步骤7、附带有限定条件的区域网平差，包括利用附带有限定条件的间接平差方法进行迭代计算，求解目标点三维坐标。

而且，步骤1中摄站位置三维坐标获取方式如下，