[发明专利]基于单张数码像片的建筑物高度测量方法

说明书

技术领域

本发明提出了利用单张数码像片测量建筑物高度的原理和方法，广泛应用于数字城市建设，属于摄影测量和计算机视觉领域。

背景技术

从20世纪90年代至今，很多学者对利用单张数码像片进行建筑物的三维测量作了研究，并取得了相当的进展。但这个技术在数码城市的建立中至今还没有得到真正的实用(刘亚文，张祖勋，张剑清，吴军.利用地图与单影像进行建筑物三维重建的新途径[J].武汉大学学报·信息科学版，2005年2月，146～149)。

城市三维建模技术的首要内容在于大量的城市基础三维数据采集，采集数据包括地物目标的平面位置、地面高程、高度和地物纹理。目前的三维数据采集方法是利用摄影测量和遥感技术得到城市的数字地面模型、数字线划地图(Digital Line Graphic，缩写DLG)、利用数码相机实地获取地物的纹理、建筑物高度数据来建立数码城市模型。

《数字城市三维地理空间框架》(李成名，王继周，马照亭.科学出版社，2008)提出了利用量测相机单影像进行建筑物的三维测量的方法，其理论是根据建筑物本身的三组平行线来计算影像的方位元素，在此基础上实现建筑物的单影像三维建模。然而，很多建筑物无法提供完整的三个方向的平行线，同时只能利用量测相机来进行，使得这种方法有很大的局限性。

建筑物高度数据的获取有很多方法，如：三维激光扫描仪采集、数字立体摄影测量采集、全站仪或手持测距仪现场采集等，这些方法具有效率低、代价高、周期长的缺陷。目前商业数码城市三维建模软件都是根据建筑物层数来推算，其缺陷是很明显的，由于高度数据是近似的，没有做到真正意义上的城市三维模型。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于单张数码像片的建筑物高度测量方法。

技术方案：本发明的基于单张数码像片的建筑物高度测量方法，在直接线性变换公式基础上，采用逆向直接线性变换计算方法实现建筑物高度的测量方法，其步骤如下：

第一步：拍摄建筑物的数码照片：摄影时要求摄取到建筑物在高度方向的完整高度线，在高度线上，必须包含建筑物的低点、高点以及两条以上可以从其它途径测量的已知线段，

第二步：在数码照片上测量建筑物高度线上各点的图像坐标(u，v)：图像坐标系C₀-uv是以数码照片的左上角为原点、水平向右方向为X轴正方向、垂直向下方向为Y轴正方向，

第三步：将各点点的图像坐标(u，v)转换成以数码照片中心为原点的右手系像平面坐标系C₁-xy坐标(x，y)，转换关系如下：

x=u-width2y=heigth2-v]]>

式中：

(u，v)——图像坐标系C₀-uv坐标，单位为像素，

(x，y)——像平面坐标系C₁-xy坐标，单位为像素，

width——数码照片的宽度，单位为像素，

heigth——数码照片的高度，单位为像素，

第四步：以建筑物高度线建立物方高度坐标轴，物方高度坐标轴的原点为建筑物的低点，高度方向为坐标轴的正向；对应地，数码像片上也存在一个像方高度坐标轴，像方高度坐标轴原点为像片上建筑物的低点，建筑物的高度方向为坐标轴的正向，

第五步：将建筑物高点的像方坐标轴坐标代入一维逆向直接线性变换公式，计算出建筑物高点的物方坐标轴坐标，其值就是建筑物的高度。

计算出建筑物高点的物方坐标轴坐标，具体计算方法如下：