建筑立面正射影像生成方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种建筑立面正射影像生成方法，通过设有相机的无人机，将相机镜头靠近和/或正对建筑立面，拍摄获得建筑立面的第一建筑立面影像照片。根据第一影像照片采用空中三角测量法生成待测建筑立面的点云数据；通过随机采样一致性算法拟合待测建筑立面；对拟合的建筑立面进行旋转，使该立面平行于预设的参照平面；基于经旋转后的平面重新标注影像相片的POS数据，获得第二建筑立面影像照片；根据第二建筑立面影像照片，生成建筑立面的正射影像。像。像。

【技术实现步骤摘要】
建筑立面正射影像生成方法和设备


[0001]专利技术属于建筑修复
以及无人机摄影测量
，特别涉及一种可获取建筑物立面正射影像图的方法和设备。

技术介绍

[0002]无人机摄影测量被广泛地应用于数字城市建设及古建筑保护的应用，但由于根据无人机拍摄形成的建筑三维倾斜模型数据量庞大，模型编辑较复杂，给后期处理带来诸多不便。同时，受限于城市环境以及数据采集手段等客观因素，常规的无人机倾斜摄影测量方法获取的建筑物立面信息无法满足更高精度可视化要求。建筑立面是指建筑与建筑的外部空间直接接触的界面，以及其展现出来的形象和构成的方式，或称建筑内外空间界面处的构件及其组合方式的统称。建筑立面分为建筑外立面和建筑内立面，本公开中涉及的建筑立面是指外立面。

技术实现思路

[0003]本专利技术实施例之一，一种基于随机采样一致性的建筑立面正射影像生成方法，
[0004]生成待测建筑立面的点云数据；
[0005]通过随机采样一致性算法拟合待测建筑立面；
[0006]根据拟合的建筑立面进行旋转，使该立面平行于XOY平面；
[0007]基于经旋转后的平面修改每张相片的POS信息；
[0008]重新生成空中三角测量模型并基于该空中三角测量数据生成该立面的正射影像。
附图说明
[0009]通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，其中：
>[0010]图1为根据本专利技术实施例之一的建筑立面正射影像生成方法的流程图。
[0011]图2为根据本专利技术实施例之一的获取高质量建筑立面影像数据的方法示意图。
[0012]图3为根据本专利技术实施例之一生成待测建筑立面的稀疏点云图示例。
[0013]图4为根据本专利技术实施例之一的经旋转后生成的待测建筑立面空中三角测量成果示意图。
[0014]图5为根据本专利技术实施例之一的建筑立面正射影像图。
具体实施方式
[0015]由于数字正射影像精度高、可量测、纹理信息清晰且相对于三维模型数据量较小，更加适用于建筑物立面信息的使用。当以无人机为载体，采用贴近摄影测量的方式获取建筑物立面影像，能够采集更高分辨率的影像数据，使成果更加直观，精度更高。因此，本专利技术
公开了一种采用无人机，基于贴近摄影测量手段的建筑立面正射影像生成方法，能够快速的准确的生成建筑立面正射影像图，且成果可量测，纹理信息丰富直观，处理更加方便。
[0016]根据一个或者多个实施例，建筑立面正射影像生成方法，包括：
[0017]步骤一、采集待测建筑的立面影像，使用贴近摄影测量的手段，对待测建筑进行特定角度、高重叠的拍摄，待测建筑的立面大多较为平整，部分有凸起或其他构筑物；
[0018]优选的是，在外业数据采集过程中，需保证相片间的重叠度，为保证拍摄相片的质量，需确定相机到建筑立面的拍摄距离，其公式如下：
[0019][0020][0021]其中，h表示相邻相片的高度差，l表示相邻相片的重叠距离，S表示拍摄距离，m表示相片的重叠率，α表示相机视场角，如图2所示。
[0022]步骤二、生成待测建筑立面空中三角测量数据。
[0023]步骤三、通过随机采样一致性原理拟合平面。通过随机采样一致性原理，对点云数据进行重新估计。从该建筑立面的点云数据中随机抽取样本子集，计算该样本子集的模型参数，设定一个阈值用于评估其它点与该模型间的偏差，通过多次迭代得到最佳模型参数作为该建筑立面模型的参数值。公式如下：
[0024]1‑
p＝(1
‑
W
n
)
k
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0025]其中，k表示算法的迭代次数，n为估计模型所需点的个数，W
n
为n个点均为局内点的概率，1
‑
W
n
为n个点中至少有一个点为局外点的概率。
[0026]由上式(2)两边取对数，可得：
[0027][0028]步骤四、根据拟合的平面，求取该平面法向量，根据需求使该平面平行于XOY平面，包括：基于旋转后的拟合平面，修改每张相片的POS信息；根据修改后的相片重新生成待测建筑立面的点云数据，使得该建筑立面平行点云平行于XOY平面。XOY平面是水平面，法向量就是Z轴方向。XOY平面是预设的参照平面，对拟合平面旋转的参考面可以有其他的角度的参考面，譬如垂直于水平面的垂直面。在这里，选择XOY平面的好处是，便于对建筑各个方向的立面进行统一后期处理，形成一个完整的拼接面，方便进行数字化处理。
[0029]步骤五、基于转换后的空中三角测量模型生成建筑立面的正射影像。
[0030]进一步的，在所述的拟合平面的坐标转换方法中，步骤四中包括：
[0031]假设拟合的平面方程为AX+BY+CZ＝D,其法线为(a,b,c),因为需使该建筑立面平行于XOY平面，所以旋转后的平面法线为(0,0,c)，可得其旋转角度，
[0032][0033]本公开实施例针对建筑立面生成正射影像问题，以无人机影像数据为数据源，研究如何获取高质量无人机影像数据、待测立面的平面拟合以及坐标转换等问题，通过各环节的研究，生成待测建筑立面的正射影像。该建筑立面正射影像，可应用于建筑立面图的绘制、病害检测、残损分析等相关研究中。
[0034]根据一个或者多个实施例，如图1所示，基于随机采样一致性的建筑立面正射影像生成方法，包括：
[0035]S101，数据采集，待测对象为建筑立面进行图像数据采集，待测对象可以为某历史建筑南立面。使用贴近式摄影测量手段，利用无人机正直拍摄方法采集待测建筑立面高清影像。如图2所示，为获取高质量影像的无人机拍摄方案，根据拍摄所需的影像重叠度、相机内置参数及画幅大小，确定相邻曝光瞬间拍摄点之间的距离，确保每张相片图像能够获取适当的纹理信息。
[0036]S102，生成待测建筑立面空中三角测量成果数据：对获取的高质量影像数据进行空中三角测量处理并生成该待测立面稀疏点云数据，如图3所示。
[0037]S103，拟合平面。使用随机采样一致性原理，对该建筑立面进行平面拟合：对点云数据进行重新估计，从该建筑立面的点云数据中随机抽取样本子集，计算该样本子集的模型参数，设定一个阈值用于评估其它点与该模型间的偏差，通过多次迭代得到最佳模型参数作为该建筑立面模型的参数值。随机采样一致性(RANSAC)原理Random sample consensus，是一种迭代方法，这种方法用于从一组包含异常值的观测数据中估计数学模型的参数，此时异常值对估计值没有影响。因此，也可以说它是一种异常值检测方法。从某种意义上说，它是一种非确定性算法，它仅以一定的概率产生合理的结果，该概率会随着迭代次数的增加而增加。
[0038]S104，对拟合平面进行坐标旋转：对拟合的建筑立面平面进行坐标旋转，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种建筑立面正射影像生成方法，其特征在于，包括步骤：通过相机摄影获得第一建筑立面影像照片，根据第一影像照片采用空中三角测量法生成待测建筑立面的点云数据；通过随机采样一致性算法拟合待测建筑立面；对拟合的建筑立面进行旋转，使该立面平行于预设的参照平面；基于经旋转后的平面生成建筑立面的正射影像。2.根据权利要求1所述的建筑立面正射影像生成方法，其特征在于，基于经旋转后的平面重新标注影像相片的POS数据，获得第二建筑立面影像照片；根据第二建筑立面影像照片，生成建筑立面的正射影像。3.根据权利要求1所述的建筑立面正射影像生成方法，其特征在于，通过设有相机的无人机，将相机镜头靠近和/或正对建筑立面，拍摄获得建筑立面的第一建筑立面影像照片。4.根据权利要求3所述的建筑立面正射影像生成方法，其特征在于，所述相机到建筑立面的拍摄距离，面的拍摄距离，其中，h表示相邻相片的高度差；l表示相邻相片的重叠距离，S表示拍摄距离,m表示相片的重叠率；α表示相机视场角。5.根据权利要求1所述的建筑立面正射影像生成方法，其特征在于，对建筑立面进行平面拟合的方法包括：从所述点云数据中随机抽取样本子集，计算该样本子集的模型参数，设定一个阈值用于评估其它点与模型间的偏差，通过多次迭代得到最佳模型参数作为该建筑立面模型的参数值。6.根据权利要求1所述的建筑立面正射影像生成方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春生，王令文，刘翰琪，伯颖，
申请(专利权)人：上海勘察设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：