基于傾斜攝影的影像檢索及量測探討

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.中國測繪科學研究院，北京 100039；3.北京四維遠見信息技術有限公司，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.中國測繪科學研究院，北京 100039；3.北京四維遠見信息技術有限公司，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，根據傾斜攝影工程的特點，分析了工程應用中的現實需求，指出了該系統研發的必要性及其在工程應用中的實際作用，并通過真實的傾斜攝影工程數據對該系統的功能進行了展示和說明。

傾斜攝影； 檢索 ；量測

傾斜攝影獲取的影像數據量非常大，是常規大比例尺航攝影像數據量的10倍以上[1]，需要對獲取的大量影像進行有效管理，包括查詢、瀏覽、檢索等功能。第一時間了解到關注區域的多視角影像信息，并且基于傾斜影像自身的特點，開發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間實現關注區域的細節顯示及相關的量測功能[2]，給城市管理及相關決策部門提供快速、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據管理系統，對傾斜攝影系統的不同相機數據、影像數據、POS數據進行分層管理。以傾斜攝影系統中的相機類型碼和相片編號共同組成識別傾斜攝影系統不同相片的標識碼，實現對系統所有數據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數據及測區的DEM、DOM數據的基礎上，建立待檢索斜片與DOM數據之間的關系，得到傾斜相片在DOM上的平面覆蓋范圍，依據每張斜片的平面覆蓋范圍，當已知測區內某一物點的物方平面坐標時，即可對所有覆蓋了該物點的斜片進行檢索，如圖1所示。檢索的結果以與像主點距離優先算法進行顯示，即在檢索執行后，對所有符合檢索要求的斜片進行比較，通過該物點的物方平面坐標與該相片像主點的物方平面坐標距離進行比對，距離最短的作為第一檢索結果，用以保障最優檢索結果的顯示，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數據支持時，僅通過每個曝光點的POS數據，將曝光點信息按航帶展示在程序視圖內，并通過影像編號和曝光點POS數據建立一一對應關系，以影像編號作為檢索關鍵字實現簡單的檢索和顯示。

圖1 斜片檢索原理流程圖

1.2 單斜片量測原理[3]

在POS數據及測區的DEM、DOM數據的基礎上，建立待測量斜片與DOM數據之間的關系，得到一定意義上的傾斜糾正影像，再對傾斜糾正斜片進行一些相對參數的測量[4]，主要包括地物的高度、長度、距離及面積的測量等。

研究實現了一種基于“虛擬斜片”點比例尺的單斜片參數測定方法。在航空攝影相片上，每一個像點（微線段）都對應著一個攝影比例尺，與豎直攝影相片一樣，傾斜攝影相片上的每個像點也存在一個對應的攝影比例尺。嚴格地說，只有對水平地面的理想攝影相片上的每個像點的攝影比例尺是相同的[5]，當地面存在地形起伏時，理想攝影相片上的每個像點的攝影比例尺也不相同，一般可利用一定范圍內的平均航高來計算（糾正后）相片的平均比例尺，并用平均比例尺作為該范圍內每個像點的攝影比例尺。因此，基于測區的平均航高和DEM可進行斜片上像點比例尺的快速計算，其原理如圖2所示。圖中，S為投影中心，過S點的通過像點p的光線Sp交地面于P點，交平均航高對應的地表平面E于Pe點，Pd為過Pe點的垂線與DEM面的交點，過P點作平行于像平面的平面為過P點的“虛擬斜片”。若用S點到Pd點的距離近似作為其到P點的距離（其誤差約為Pd點到虛擬斜片的距離），則物方P點鄰域內物點對應的每個像點（像方為p點的一個鄰域內）的點攝影比例尺即可以表達為：

圖2 斜片點比例尺的確定

單斜片測量的原理流程、數據流與功能模塊的關系如圖3所示。

圖3 基于DEM的傾斜影像三維測量

2 開發環境

軟件開發環境包括：

1）操作系統：XP/Win7；

2）開發語言：VC++6．0/VC++2010。

3 主要功能實現

通過SWDC-5傾斜相機執行的保定市傾斜攝影工程數據對該系統進行功能驗證。系統已實現的主要功能有：

1）多種數據的分類管理，包括影像文件、相機文件、POS數據文件、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數據支持的條件下，程序開發了以相片名稱作為關鍵字的檢索方式。將曝光點坐標按航帶展開在程序主視圖內，以影像編號作為關鍵字，對相應的子相機傾斜相片進行檢索和顯示漫游，實現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，可以第一時間將設計的航帶與攝區已有的正射影像進行疊加，通過正射影像上關注的地物，對航攝獲取的最新影像進行檢索，獲取第一手關注資料。圖5左圖為大區域的正射影像，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聯顯示。通過該功能可以實現影像的多視角聯動顯示，對于興趣區域的建筑物，可以實現該建筑物4個側面紋理的實時顯示（如圖6所示），支持聯動影像與正射影像不同視圖的跳轉，支持對于關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，可以進行各種距離、面積和建筑物高度的量測，在此基礎上即可進行基于距離的分析應用，給最終用戶以直接的數據參考。

圖7 空間距離量測

4 結 語

傾斜攝影的特點是影像數據量非常大[6]，有效的影像檢索管理能夠快速實現對所拍攝城市的全面了解。對于關注區域實現多視角的觀測和測量分析，能夠給使用者最直觀的體驗和信息參考，使得傾斜攝影技術的應用實現2個方面的覆蓋，即建模前單片傾斜影像方向的應用和建模后實景三維城市方面的應用[7]，最大限度地發揮傾斜影像的作用。

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

[2] 王卿,郭增長,李豪,等．多角度傾斜攝影系統三維量測方法研究[J]．測繪工程，2014,23(3):10-14

[3] 李祎峰,宮晉平,楊新海,等．機載傾斜攝影數據在三維建模及單斜片測量中的應用[J]． 遙感信息，2013(3):102-106

[4] 張祖勛，張勇．城區鉛垂線輔助空中三角測量研究[J]．武漢大學學報:信息科學版，2007,32(8):659-662

[5] 張祖勛，張劍清． 數字攝影測量學[M]． 武漢:武漢大學出版社，1997

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

[7] 王偉,黃雯雯,鎮姣．Pictometry傾斜攝影技術及其在3維城市建模中的應用[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。

項目來源：國家測繪地理信息局基礎科技資助項目（2011A1001）。