Lensphoto多基线近景摄影测量软件

一、我们的路二、Lensphoto简介三、Lensphoto优势四、实际案例五、小结,一、我们的路,1999年公司研发团队成立，在首席专家张祖勋院士的带领下，专业从事数字近景摄影测量Lensphoto的研发；2002年，正式成立武汉朗视软件有限公司；2004年与武汉大学遥感院联合成立了摄影测量与计算机视觉研究中心；2006年完成了多基线数字近景摄影测量系统Lensphoto的产品化，并推向市场，2006年荣获高新技术企业称号；2007年获武汉市科技型企业技术创新基金无偿资助；2008年获国家科技型企业技术创新基金无偿资助；2009年Lensphoto多基线数字近景测量系统三维重建软件V2.0和测量软件V2.0双双获得2009年湖北省“优秀软件产品”称号.,今后的路上我们在一起,二、Lensphoto简介,利用普通的单反（定焦）数码相机获取原始影像，原则上只要4个控制点，就可以完成一个区域（对象）的精确测量和建模，其面积可从零点几平米到十余万平米。近距离测量精度可达0.10毫米。在满足成1：500地形图国标精度要求前提下，其最远测距可超过1500米！四大创新点：A.新的理论原理计算机视觉原理；B.新的数据获取方式旋转多基线近景摄影测量；C.新的匹配技术多影像立体匹配；D.首次在近景摄影测量中运用了空中三角测量及平差技术.,多基线数字近景摄影测量系统(Lensphoto),应用领域:水利勘测设计、地质灾害监测、土石方量计算、文物保护、大型工业测量、城建、规划、交通、矿山、电厂等领域，它具有高精度、高自动化、高效率和大大减少外业工作的特点。,三、系统优势,普通的数码单反相机进行数据采集通过系统中的相机检校模块将普通的数码单反相机当成量测相机使用,图1平面控制格网,图2高精度三维控制场,方式一：利用液晶显示器显示的平面格网点作为控制点。如图1所示（方便，快捷）。方式二：利用高精度三维控制场进行检校，如图2所示。,控制点标志,标定相机的内方位元素。像主点：x0,y0焦距：f畸变参数：k1,k2,p1,p2,检校方式,2、突破了近景摄影测量的瓶颈，解决了交会角，精度和匹配三者之间的矛盾,在摄影测量中，若测量误差为定值，则前方交会的误差主要取决于交会角，愈小，测量的深度误差愈大。为了提高交会精度，应尽可能增大交会角（下图）,交会的空间点位于一个椭圆内误差椭圆,交会角与交会误差,交会角愈小、深度误差愈大！,当地面有高差、有坡度时(特别是地面摄影，前景与后景变化大)，交会角越大、影像变形就越大，匹配就越困难。为了易于匹配，应尽可能减小交会角（下图）。,交会角依次增大的序列影像（首尾影像交会角大于15）,从匹配而言：交会角大、变形大、匹配难交会角小、变形小、匹配易,从精度而言：交会角大、精度高交会角小、精度低,结论：多基线摄影测量！,“旋转多基线摄影”俯视图,被摄目标,摄站1,增大交会角,增大视场角,摄站2,摄站3,摄站4,条带1,条带2,条带3,条带4,条带5,为解决交会精度和匹配的矛盾，同时为了增加拍摄的视场角，我们提出了:,(相邻影像交会角小易于匹配),旋转多基线摄影,相邻像对、基线短，易自动化；总基线长、交会角大，精度高！,摄站1,摄站2,摄站3,摄站4,条带1条带2条带3条带4条带5,旋转摄影获取的20幅影像条带内重叠度95%条带间重叠度70%,旋转多基线摄影,平行多基线摄影:每个摄站，只摄影一幅影像，相邻摄站之间的影像有80100%的重叠度旋转多基线摄影:每个摄站，旋转照相机，摄取多幅影像，每幅影像之间有60的重叠；每个摄站上相应序号的影像(每个摄站上的第一幅、第二幅)都对准同一空间物体，它们的重叠度应接近100%,平行多基线摄影旋转多基线摄影,与传统近景摄影测量的比较,3、多影像立体匹配替代了单片匹配,新的匹配策略,1）特征点提取,3）独立+连续:大范围搜索,4）多片最小二乘匹配（子像素级精度）,图2匹配结果,图1匹配示意图,特征点,2）新的多影像立体匹配,匹配的特点,1快速。3kx4.5k立体像对，2460对同名点，10秒；2准确。误匹配率小于2；3能够适应视差变化大的立体像对和断面；4匹配同时进行点的传递（转点），并进行相对定向和模型连接，有利于快速空三；5新的匹配系统，可接受较大的近景与远景之差，其结果远优于原有的基于“松弛法”的匹配算法；6匹配点直接生成点云。,4、光束法空三,1)适用于近景（地面）摄影测量。自主研发的空三平差程序不仅适用于传统的航空摄影测量，而且适用于近景（地面）摄影测量。2）快速。374幅原始影像，197840个像点观测值平差时间小于4分钟。而相同的数据PATB平差时间为41分钟。3）自动剔除粗差。4）平差精度高（详见以下“平差精度报告”）。5）能够进行自检校。在不知道相机内方位元素时，只给定相机焦距近似值，在获得平差结果的同时，获得相机内方位元素和畸变差的精确值。,新的光束法空三程序特点,试验1：三峡工程尾水边坡部摄影机型号：CanonEOS-1DsMark像幅：36x24mm(4992x3328像素)像素大小：7.2m焦距：85mm摄影距离：236m摄影条件：4摄站，每摄站5幅，总共20幅影像GSD(地面分辨率)：2.0cm。试验精度如表4所示。,试验1精度报告,空三精度,试验2：将实验1的数据用现有DPW软件按非量测相机(直接线性变换)进行处理，试验精度如表2所示,表2试验2精度报告,Lensphoto对比激光扫描仪的优点：,1、价钱便宜，性价比非常高；2、激光扫描仪外业工作中搬站困难；3、激光扫描仪没有点位精度；4、由于激光点发射的均匀性，获取的三维激光点云虽然分布密集、均匀，但是缺乏对目标表面特征的有力表达；5、激光扫描仪对于高反光和高吸收的表面的物体，扫描的效果差；（地面、建筑物的反射率40-50%；煤和沥青的反射率15%-25%之间）6、激光扫描仪的激光随着时间和空间的增加，半衰很厉害；【以莱卡ScanStation2扫描仪为例，经德国汉堡大学测试，在使用HDS黑/白发射片时（反射率90%），最大射程200米；在实际应用中，对建筑和地形地貌扫描，最大射程约120米】7、在房屋等的扫描中，边缘很不清晰；8、激光扫描仪的内业工作量相当大。,数字产品的输出格式,1、点云的输出：*.scs和*.dxf2、DEM的输出：*.BIL、*.blw、*.hdr、*.GRD3、正射影像的输出：*.tif4、三维纹理的输出：*.3ds5、三角网的输出：*.dxf6、线描图的输出：*.dxf、*.dwg,四、实际应用案例,1、云南怒江赛格水电站工程实例（入水口）(用户：华东水利电力勘测设计院),原始影像（临江绝壁）,无接触测量应用，解决了困难地区无法测量的难题，也大大提高了外业人员的安全系数,无接触测量,控制点：,因为不能布标志牌，全部用特征点代替控制点。,数据成果：生成的点云DSM,数据成果：TIN景观,数据成果：1：500地形图,摘录华东水电勘测院的主页,2、川藏边界定曲河应用案例（用户：中南水电勘测设计研究院）,KodakDCSProSLR/n，像幅36x24mm(4500 x3000像素)，采用镜头焦距为135mm，共设3个摄站,每个摄站摄取6张影像，共18张影像所测区山地面积：宽500余米，高300余米，摄站离被测区域最远距离大于1500米，远景近景之差约500米,由于测区高度大于300米，横持相机拍摄,则分为上，下两个条带，分别进行数据采集。条带一每个摄站摄取6张影像，共18张影像，条带二每个摄站摄取6张影像，共18张影像，整个测区两个条带共36张影像。,条带一,条带二,对于远距离测量采用长焦距镜头,像幅小对工作效率不再有影响。,控制点,原则上只要照片上能看清楚控制点,没有测量距离的限制。,数据成果：生成的点云DSM和TIN景观,数据成果：1:500数字线划图,条带一精度报告：,条带二精度报告：,条带自动拼接精度报告：,中国水电顾问集团中南勘测设计研究院出具的精度报告,3、溪洛渡水电工程开挖面（用户：成都水电勘测设计院）,原始影像,对于几公里长的河岸,可以分为几段,只要保证两段间有两三个控制点,可以连续拍摄.系统可以实现自动无缝拼接。,前方交汇法获取控制点：,数据成果：生成的点云DSM（长1.5公里）,数据成果：X方向正射影像,数据成果：DEM,于免棱镜反射不到的远距离,可用交会法测出几个特征点。快速完成测量。,4、红旗渠隧道口选址,中铁工程设计咨询集团航测遥感研究院,5、精度和可靠性的验证,原始影像（向家坝水电站工地）,三峡总公司测量中心对于Lensphoto所做的多种测试,数据成果：生成的点云DSM,数据成果：Z轴方向的等高线,同一组数据中抽出第1，2，3摄站和第2，3，4摄站单独成图的比较：分别用红线和黄线来表示,135毫米镜头成图与200毫米镜头成图比较：（区域1）红线为135mm、黄线为200mm：,135毫米镜头成图与200毫米镜头成图比较：（区域2）红线为135mm、黄线为200mm：,135毫米镜头成图与200毫米镜头成图比较（局部放大）红线为135mm、黄线为200mm：,三峡总公司测量中心评价报告,6、甘肃省庄浪县云崖寺石窟,用户：甘肃中铁地质灾害防治技术工程有限公司宽300米、高90米、摄距约110米,正射影像,三维纹理,1：200立面图,7、武汉大学行政楼,原始影像,点云,通过不同时间采集的影像数据，快速生成高精度DEM，由DEM的变化获取被测区域的细微变化量，从而实现监测。,原始DEM,新采集DEM,8、滑坡监测,两次DEM叠加,DEM相减结果三维显示,试验地点：石家庄铁道职业技术学院实验器具：长铟钢尺两个，标志牌8个（其中4个贴在尺上，另外4个贴在墙上），相机为佳能EOS5DMARK，拍摄模式为手动调节快门光圈，使用相机脚架。实验目的：求得自由网量测长度和实际长度的比例，并测试其精度。拍摄对象：模拟隧道内壁一面，将长尺略带倾角的横竖放置在内壁附近，如下图,9、应用于铁路隧道变形监测作精度检测,内业处理：（以50mm镜头处理结果为例）自由网平差后建立“立体像对”进行测点，得到A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4的相对坐标A1(-15.4193，1.649252，-50.9907)A2(2.093973，1.611682，-50.4579)A3(30.78154,1.5547，-49.4964)A4(42.68567，1.450776，-48.9823)B1(-10.6683，-4.06259，-48.464）B2(3.939599，-4.06845，-48.0003)B3(18.1784，6.7725，-49.5636)B4(18.28637，-7.66904，-46.8834),然后利用求空间点距离公式：SQRT(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2)求得2条线段相对长度：B1B2=14.61526943B3B4=14.6885384用高精度的尺量出B1B2、B3B4两段实际距离。B1B2=1.965米B3B4=1.971米,求得自由网量测长度、实际长度的比例关系,将得到的比例带入其他长度拿A1A2举例计算如下,计算长度17.52145337X平均比例0.134392484得2.35475164168447108,计算出来的长度和实测长度间的误差为0.000248354米,Lensphoto的性能指标：（1）以普通数码相机取代量测相机，使该技术易于普及；（2）相机检校无需室内三维控制场;（3）系统核心技术：多片影像匹配算法强大、可靠，对参数不敏感、速度高，是目前国际上最佳匹配技术；（4）世界上第一次将自动空中三角测量和区域网平差引入近景摄影测量。具有极高的精度及自动化。（5）测量精度高.控制点测量精度保证时,相对精度可以达到1/10000以上(远距)；近距绝对精度可达毫米甚至亚