基于倾斜摄影的影像检索及量测探讨

李安福，吴晓明，路玲玲，叶泽田

（1. 新疆疆海测绘院, 新疆 乌鲁木齐 830000；2.中国测绘科学研究院，北京 100039；3.北京四维远见信息技术有限公司，北京 100039；4.北京四维图新科技股份有限公司，北京 100028）

基于倾斜摄影的影像检索及量测探讨

李安福1，吴晓明2,3，路玲玲4，叶泽田2,3

（1. 新疆疆海测绘院, 新疆 乌鲁木齐 830000；2.中国测绘科学研究院，北京 100039；3.北京四维远见信息技术有限公司，北京 100039；4.北京四维图新科技股份有限公司，北京 100028）

介绍了倾斜摄影影像检索和单斜片量测的基本原理、流程，根据倾斜摄影工程的特点，分析了工程应用中的现实需求，指出了该系统研发的必要性及其在工程应用中的实际作用，并通过真实的倾斜摄影工程数据对该系统的功能进行了展示和说明。

倾斜摄影； 检索 ；量测

倾斜摄影获取的影像数据量非常大，是常规大比例尺航摄影像数据量的10倍以上[1]，需要对获取的大量影像进行有效管理，包括查询、浏览、检索等功能。第一时间了解到关注区域的多视角影像信息，并且基于倾斜影像自身的特点，开发DEM支持的单斜片测量功能，通过获取的影像及外方位元素便可第一时间实现关注区域的细节显示及相关的量测功能[2]，给城市管理及相关决策部门提供快速、有效的地理参考信息。

1 原理流程介绍

1.1 斜片检索原理

通过一个按树状分层的文件数据管理系统，对倾斜摄影系统的不同相机数据、影像数据、POS数据进行分层管理。以倾斜摄影系统中的相机类型码和相片编号共同组成识别倾斜摄影系统不同相片的标识码，实现对系统所有数据的文件管理和查询检索。检索主要分为基于有正射影像和无正射影像2种方式。方式一是在POS数据及测区的DEM、DOM数据的基础上，建立待检索斜片与DOM数据之间的关系，得到倾斜相片在DOM上的平面覆盖范围，依据每张斜片的平面覆盖范围，当已知测区内某一物点的物方平面坐标时，即可对所有覆盖了该物点的斜片进行检索，如图1所示。检索的结果以与像主点距离优先算法进行显示，即在检索执行后，对所有符合检索要求的斜片进行比较，通过该物点的物方平面坐标与该相片像主点的物方平面坐标距离进行比对，距离最短的作为第一检索结果，用以保障最优检索结果的显示，并通过一个热键依次查看显示所有被检索出的影像。方式二是在无DOM和DEM数据支持时，仅通过每个曝光点的POS数据，将曝光点信息按航带展示在程序视图内，并通过影像编号和曝光点POS数据建立一一对应关系，以影像编号作为检索关键字实现简单的检索和显示。

图1 斜片检索原理流程图

1.2 单斜片量测原理[3]

在POS数据及测区的DEM、DOM数据的基础上，建立待测量斜片与DOM数据之间的关系，得到一定意义上的倾斜纠正影像，再对倾斜纠正斜片进行一些相对参数的测量[4]，主要包括地物的高度、长度、距离及面积的测量等。

研究实现了一种基于“虚拟斜片”点比例尺的单斜片参数测定方法。在航空摄影相片上，每一个像点（微线段）都对应着一个摄影比例尺，与竖直摄影相片一样，倾斜摄影相片上的每个像点也存在一个对应的摄影比例尺。严格地说，只有对水平地面的理想摄影相片上的每个像点的摄影比例尺是相同的[5]，当地面存在地形起伏时，理想摄影相片上的每个像点的摄影比例尺也不相同，一般可利用一定范围内的平均航高来计算（纠正后）相片的平均比例尺，并用平均比例尺作为该范围内每个像点的摄影比例尺。因此，基于测区的平均航高和DEM可进行斜片上像点比例尺的快速计算，其原理如图2所示。图中，S为投影中心，过S点的通过像点p的光线Sp交地面于P点，交平均航高对应的地表平面E于Pe点，Pd为过Pe点的垂线与DEM面的交点，过P点作平行于像平面的平面为过P点的“虚拟斜片”。若用S点到Pd点的距离近似作为其到P点的距离（其误差约为Pd点到虚拟斜片的距离），则物方P点邻域内物点对应的每个像点（像方为p点的一个邻域内）的点摄影比例尺即可以表达为：

图2 斜片点比例尺的确定

单斜片测量的原理流程、数据流与功能模块的关系如图3所示。

图3 基于DEM的倾斜影像三维测量

2 开发环境

软件开发环境包括：

1）操作系统：XP/Win7；

2）开发语言：VC++6．0/VC++2010。

3 主要功能实现

通过SWDC-5倾斜相机执行的保定市倾斜摄影工程数据对该系统进行功能验证。系统已实现的主要功能有：

1）多种数据的分类管理，包括影像文件、相机文件、POS数据文件、工程信息文件以及DOM、DEM等文件的分类管理。

2）DOM影像、倾斜影像的显示与漫游。

3）无DOM条件下基于影像编号的检索。在用户不能提供DOM、DEM数据支持的条件下，程序开发了以相片名称作为关键字的检索方式。将曝光点坐标按航带展开在程序主视图内，以影像编号作为关键字，对相应的子相机倾斜相片进行检索和显示漫游，实现倾斜航摄后最基本的检索和查看功能，如图4所示。

图4 基于影像编号的检索与显示

4） 基于DOM的影像检索与显示漫游。利用该功能，可以第一时间将设计的航带与摄区已有的正射影像进行叠加，通过正射影像上关注的地物，对航摄获取的最新影像进行检索，获取第一手关注资料。图5左图为大区域的正射影像，右图为检索到的单张下视正拍影像。

图5 基于DOM的检索与显示

5）兴趣影像的多视角关联显示。通过该功能可以实现影像的多视角联动显示，对于兴趣区域的建筑物，可以实现该建筑物4个侧面纹理的实时显示（如图6所示），支持联动影像与正射影像不同视图的跳转，支持对于关注建筑物的各种量测分析。

图6 同一建筑物的4个视角纹理影像

6）单斜片量测。对于检索到的单片倾斜影像，可以进行各种距离、面积和建筑物高度的量测，在此基础上即可进行基于距离的分析应用，给最终用户以直接的数据参考。

图7 空间距离量测

4 结 语

倾斜摄影的特点是影像数据量非常大[6]，有效的影像检索管理能够快速实现对所拍摄城市的全面了解。对于关注区域实现多视角的观测和测量分析，能够给使用者最直观的体验和信息参考，使得倾斜摄影技术的应用实现2个方面的覆盖，即建模前单片倾斜影像方向的应用和建模后实景三维城市方面的应用[7]，最大限度地发挥倾斜影像的作用。

[1] 田野,向宇,高峰,等．利用Pictometry倾斜摄影技术进行全自动快速三维实景城市生产——以常州市三维实景城市生产为例[J]．测绘通报，2013(2):59-66

[2] 王卿,郭增长,李豪,等．多角度倾斜摄影系统三维量测方法研究[J]．测绘工程，2014,23(3):10-14

[3] 李祎峰,宫晋平,杨新海,等．机载倾斜摄影数据在三维建模及单斜片测量中的应用[J]． 遥感信息，2013(3):102-106

[4] 张祖勋，张勇．城区铅垂线辅助空中三角测量研究[J]．武汉大学学报:信息科学版，2007,32(8):659-662

[5] 张祖勋，张剑清． 数字摄影测量学[M]． 武汉:武汉大学出版社，1997

[6] 朱庆，徐冠宇，杜志强，等．倾斜摄影测量技术综述[EB/OL]．http://www．paper．edu．cn/releasepaper/content/201205-355, 2012-05-22

[7] 王伟,黄雯雯,镇姣．Pictometry倾斜摄影技术及其在3维城市建模中的应用[J]．测绘与空间地理信息，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，高级工程师，主要从事摄影测量、工程测量等方面的研究工作。

2015-01-28。

项目来源：国家测绘地理信息局基础科技资助项目（2011A1001）。