移动车载数字近景立体摄影测量

10
相对标定方案
根据中心投影的共线条件方程和相机的畸变模型， 根据中心投影的共线条件方程和相机的畸变模型，可得物点相对坐标 ）、投影中心 投影中心（ ， ， ）和相应一对同名像点在左、 （Xc，Yc，Zc）、投影中心（Xs，Ys，Zs）和相应一对同名像点在左、右影 ）、（x ），可列出如下的三维坐标解析公式 可列出如下的三维坐标解析公式： 像上的行列坐标（ 像上的行列坐标（x1，y1）、（ 2，y2），可列出如下的三维坐标解析公式
数据 载 面向 的 理 数据采集 理数据的 理 数据
理数据 的 建
的GIS数 面向目 的 数 据采集 特 征 类 数 据 的 动 态 加 载
Catalog 据 树 状 视 图 方 式 数 据 组 织 数 据 库 工 作 模 式 下 地 图 操 作 数 据 可 视 化 预 览
数 理
Map
数据 理 地 图 工 作 模 式 下 地 图 操 作
13
绝对标定方案 通过绝对标定, 通过绝对标定 绝对标定参数 a 解算出来。 解算出来
INS c
R cINS , 其是 其是CCD立体摄影 和 立体摄影
系统与惯导载体坐标系统之间的偏移向量和旋转矩阵， 系统与惯导载体坐标系统之间的偏移向量和旋转矩阵，可以被
影像上地物点的真实地理坐标可以用下面的车载系统的直接定位 方程来计算： 方程来计算
车载移动测量系统的坐标系关系示意图
CCD立体摄影测量系统与统一的地理坐标系之间的转换关系，可通过 立体摄影测量系统与统一的地理坐标系之间的转换关系， 立体摄影测量系统与统一的地理坐标系之间的转换关系 GPS/IMU传感器来间接实现 ，绝对标定的任务就是解算出偏移向量 acINS 和旋转 传感器来间接实现 矩阵 RcINS
16
基于灰度投影的相似性测度计算
H[i] = ∑ f (i, j) 1≤ i ≤ n
j =1
n
L[ j] = ∑ f (i, j) 1≤ j ≤ n
i=1
n
Z[k] = ∑ f (xk, j , yk, j ) 1≤ k ≤ n
j=1
T
C[k] = ∑ f (xk, j , yk, j ) 1≤ k ≤ n
移动车载数字近景立体摄影测量
汇报人： 汇报人：郭若成 学号： 学号：S10010149
1
车载移动测量硬件系统外观
2
车载摄影测量数据处理系统构成
车载移动测量硬件系统内部
3
车载系统中主要设备的参数
设备名称 CCD相机 CCD相机 摄像机 差分GPS 差分GPS 惯性测量单元IMU 惯性测量单元IMU
（x’i,y’i）
（xi,yi）
左影像
匹配点 (xi,yi)的同名搜索点 的同名搜索点 右影像
0 (1 − L0 ) yi − L1 − L0 xi − L0 x'i −L0 xi x'i −L0 yi x'i 3 2 4 5 7 y'i = 1 + L0 xi + L0 yi 6 8
19
基于相对定向线性变换的同名核线和匹配搜索点的确定 为了确定同名核线关系， 至少需要提供8对同名像点的影像行列坐标 为了确定同名核线关系， 至少需要提供 对同名像点的影像行列坐标 来计算同名核线参数 L0j ( j = 1,2, L,8) .
7
车载系统CCD相机相对标定场 车载系统 相机相对标定场
用于相对标定的室内三维标定场
8
车载系统CCD相机绝对标定场 相机绝对标定场 车载系统
用于绝对标定的室外标定场
9
相对标定方案
A B
Z
Y1
a1 b1
B
a2
b2
O
Y
标定场控制点所 在的地面测量坐 标系
X
S1 Z1
X1
Y2
S2 Z2
X2
立体像对上同名像点确定空间点的示意图
道路 测量 激光点云数据 城市 规划 智能 交通 数据 更新
现实世界 车载移动测 量系统
CCD影像数据 影像数据 GPS定位数据 定位数据 INS姿态数据 姿态数据
人 机 交 互 工具
数据后 处理软 件包
外业数据采集
内业数据处理与信息提取
… … 信息应用
5
车载摄影测量数据处理系统构成
新建项目 系统 系 统 系统 系统 数 影 检 校 面向GIS的车载移动数据采集系统 面向 的车载移动数据采集系统 项 目 管 理 打开项目 保存项目 成 成 理
同名像点必然位于同名核线上，如果能找出同名核线， 同名像点必然位于同名核线上，如果能找出同名核线，则可以缩小 匹配的搜索范围、提高匹配的速度。 匹配的搜索范围、提高匹配的速度。采用基于共面条件的相对定向线性 变换算法（ ），在匹配过 变换算法（relative orientation linear transformation，RLT），在匹配过 ， ）， 程中实时地确定同名核线（不用生成核线影像）， ），进而在同名核线上确 程中实时地确定同名核线（不用生成核线影像），进而在同名核线上确 定待匹配点的搜索范围。 定待匹配点的搜索范围。
Xw = R
w INS
R
INS c
Xc + R
w INS
a
INS c
+ X INS
14
绝对标定结果
绝对标定的实验数据
绝对标定的直接定 位精度: 位精度 X:0.3m; Y:0.2m; Z:0.3m
15
近景立体影像匹配
在空间信息解算的过程中， 在空间信息解算的过程中，立体影像上同名像点的匹配 定位是关键；而要实现空间信息的自动解算， 定位是关键；而要实现空间信息的自动解算，则必须实现 立体影像匹配的自动化，以自动确定同名像点。 立体影像匹配的自动化，以自动确定同名像点。 根据车载立体摄影系统的相机间基距和相对关系固定的 特点， 特点，提出了基于灰度投影和核线约束的立体影像匹配算 法，实现了车载立体影像中同名像点的快速自动匹配。 实现了车载立体影像中同名像点的快速自动匹配。
0 X = L1 L0 L0 L0 L0 L0 L0 L0 2 3 4 5 6 7 8
[
]
T
L = [q1 q2 K qnΒιβλιοθήκη Baidu]
T
(xi,yi),(x’i,y’i) 分别表示同名像点在左、右影像上的列号和行号 分别表示同名像点在左、
11
f x 1 r11 + x1 ' r31
f x 1 r12 + x1 ' r32
相对标定的计算结果
标定得到的参数 相对标定精度 1‰
12
绝对标定方案
ZI YI XI
IMU
GPS
R cINS
Zc
w R INS
a cINS
相机 Xc Yc
Zw
X INS
0 Xw
XC
W Rc
A
Xw
WGS-84 Xw Yw
x' = x − x0 − k(x − x0 )((x − x0 )2 + ( y − y0 )2 ) − p1(3(x − x0 )2 + ( y − y0 )2 ) − 2p2 (x − x0 )(y − y0 ) − s1((x − x0 )2 + ( y − y0 )2 )
y' = y − y0 − k( y − y0 )((x − x0 )2 + ( y − y0 )2 ) − p2 ((x − x0 )2 +3( y − y0 )2 ) − 2p2 (x − x0 )(y − y0 ) − s2 ((x − x0 )2 + ( y − y0 )2 )
j =1
T
行、列、主对角线和次对角线四个方向上的灰度投影及其计算方法
17
基于灰度投影的相似性测度计算 匹配窗口影像和搜索窗口影像间的相似性测度 ρ 按下式计算 :
ρ=
ρ1 × q1 + ρ 2 × q 2 + ρ 3 × q3 + ρ 4 × q 4
q1 + q 2 + q3 + q 4
式中， ρ j =
f x 1 r13 + x1 ' r33 X f y 1 r21 + y 1 ' r31 f y 1 r22 + y 1 ' r32 f y 1 r23 + y 1 ' r33 c Y f x 2 r22 + x 2 ' r31 ' f x 2 r22 + x 2 ' r32 ' f x 2 r22 + x 2 ' r33 ' c Zc f y 2 r22 + y 2 ' r32 ' f y 2 r22 + y 2 ' r32 ' f y 2 r22 + y 2 ' r33 ' f x 1 ( r11 X s 1 + r12 Y s 1 + r13 Z s 1 ) + x1 ' ( r31 X s 1 + r32 Y s 1 + r33 Z s 1 ) f y 1 ( r21 X s 1 + r22 Y s 1 + r23 Z s 1 ) + y 1 ' ( r31 X s 1 + r32 Y s 1 + r33 Z s 1 ) = f x 2 ( r11 ' X s 2 + r12 ' Y s 2 + r13 ' Z s 2 ) + x 2 ' ( r31 ' X s 2 + r32 ' Y s 2 + r33 ' Z s 2 ) f y 2 ( r21 ' X s 2 + r22 ' Y s 2 + r23 ' Z s 2 ) + y 2 ' ( r31 ' X s 2 + r32 ' Y s 2 + r33 ' Z s 2 )
X = ( AT A)-1 AT L
1 1 A= M 1 x1 y1 x'1 x1x'1 x1 y'1 y1x'1 x2 y2 x'2 x2 x'2 x2 y'2 y2 x'2 M M M M M M xn yn x'n xn x'n xn y'n yn x'n y1 y'1 y2 y'2 M yn y'n
点 状 特 征 对 象 的 编 辑
线 状 特 征 对 象 的 编 辑
面 状 特 征 对 象 的 编 辑
地 理 数 据 库 自 动 创 建
点 状 特 征 类 的 创 建
线 状 特 征 类 的 创 建
面 状 特 征 类 的 创 建
点 状 特 征 对 象 的 采 集
图 数 据 属 性 数 据 表 浏 览 层 方 式 数 据 组 织 与 管 理
∑ (V [i] ×V '[i])
i =1
n
(V [i ]) × ∑ (V '[i ]) 2 ∑
2 i =1 i =1
n
n
qj =
(V (i ) − V ' (i )) 2 ∑
i =1
n
V 表示窗口影像在四个方向的灰度投影向量：H, L, Z 和 C 表示窗口影像在四个方向的灰度投影向量：
18
基于相对定向线性变换的同名核线和匹配搜索点的确定
采样频率 /5米 1 帧/5米 25帧/秒 25帧 1Hz 200Hz
线阵激光扫描仪 纹理像机
3 3
38线 38线/秒 /5米 1 帧/5米
4
车载移动测量系统的数据采集与处理方案
系 统 标 定
室内标定 场的相对 标定
室外标定 场的绝对 标定 道路交通信息 数字正射影像 数字正射影 空间对象三维表 面模型 地物特征点的真 实三维坐标 数据采集时刻的 车辆的位置和姿 态信息
线 状 特 征 对 象 的 采 集
面 状 特 征 对 象 的 采 集
6
设备的标定 目的: 构建系统的三维坐标解析模型并解算模型中的相关参数。 目的 构建系统的三维坐标解析模型并解算模型中的相关参数。 相对标定: 建立立体摄影系统的相对坐标解析模型，并解 相对标定 建立立体摄影系统的相对坐标解析模型， 算相机主距、内方位元素及的畸变参数等模型参数。 算相机主距、内方位元素及的畸变参数等模型参数。 绝对标定:将立体摄影系统的相对坐标系纳入到统一的地理 绝对标定 将立体摄影系统的相对坐标系纳入到统一的地理 坐标系中来，并解算坐标转换过程中的相应参数。 坐标系中来，并解算坐标转换过程中的相应参数。 经过摄影测量系统的相对标定和绝对标定后， 经过摄影测量系统的相对标定和绝对标定后，可得到系 统在任意时刻的相对于地面坐标系的旋转和平移参数， 统在任意时刻的相对于地面坐标系的旋转和平移参数，再结 旋转和平移参数 合立体影像匹配技术， 合立体影像匹配技术，即可实现车载系统在无地面控制点情 况下的地物目标的直接定位及其相关几何信息的解算。 况下的地物目标的直接定位及其相关几何信息的解算。
数量 6 1 1 1
精度/ 精度/分辨率 500万像素 500万像素 40万像素 40万像素 10-40厘米 10-40厘米 翻滚角、倾斜角：0.05° 翻滚角、倾斜角：0.05° 偏航角：0.1° 偏航角：0.1° 分辨率：0.5° 分辨率：0.5° 扫描角：180° 扫描角：180° 200万像素 200万像素