倾斜摄影测量扩展航线中冗余影像的剔除方法

王 坚 徐昀鹏 陈润华

（广东南方数码科技股份有限公司，广东广州 510665）

倾斜摄影测量技术具有数据获取效率高、成果精度高和纹理逼真等优点，随着近几年的快速发展，目前已成为获取地理空间信息的重要手段之一，广泛应用于测绘、规划、水利、文保等领域[1-7]。但由于倾斜摄影测量技术从多个视角获取目标影像，影像数据量巨大，远超传统摄影测量，在内业数据处理时需要消耗大量的时间和高规格硬件资源[8]。影像的数据量直接影响内业数据处理的效率，目前主流的生产作业流程中尚未有对冗余影像剔除的环节，需要对所有获取的影像进行处理，对内业数据处理的效率提出了更高要求。文献[9]、文献[10]基于共线方程反算式，提出了一种通过计算每张相片覆盖的地面范围剔除冗余影像的方法，该方法理论严密，能较好剔除未拍到测区的无效相片，但其方法要求有测区的DEM数据，在实际作业中通常并不具备，且方法中含有大量迭代计算，处理的时间效率较低。文献[11]提出一种基于空中三角测量稀疏点云构建粗略表面模型的影像筛选方法，减少了参与建模的影像，提高了建模的效率，但是该方法只面向建模环节，不能提升空中三角测量的效率。本文针对倾斜摄影中存在冗余影像最多的地方——扩展航线，提出了基于影像摄影方向剔除冗余影像的方法，以提升内业数据处理效率，降低生产成本。

1 存在的问题

在倾斜摄影测量的航飞作业过程中，为了保证测区地物纹理的全覆盖，需要向测区外扩展若干航线来拍摄测区内地物的侧面纹理，但由于相机摄影方向的原因，导致获取的影像含有大量拍摄测区外的冗余影像。扩展航线上大量冗余影像的存在，降低了内业数据处理效率，加大了数据处理难度和空中三角测量分层概率，增加了生产的成本。

扩展航线如图1所示，冗余影像如图2所示。

图1 扩展航线

图2 冗余影像

2 方法

2.1 数据准备

查看待处理的照片是否具有完整的外方位元素（XS，YS，ZS，ω，φ，κ），没有则需要先进行空中三角测量，得到每张照片的外方位元素。

2.2 划定测区范围

用多边形确定测区范围，多边形节点集合为{V1，V2，V3，…，Vn}，n为多边形节点个数。此步骤可在奥维互动地图、谷歌地球或图新地球等地图软件中完成。

总体技术流程如图3所示。

图3 总体技术流程

2.3 筛选出扩展航线上的照片

筛选扩展航线上的照片，仅需要判断每张照片的摄影中心在地面的投影坐标（XS，YS）是否在测区多边形内即可。考虑测区范围线为手工绘制的简单多边形，判断点在面内的算法采用射线法即可满足实际应用。

射线法[12]判断点面拓扑关系如图4所示。

图4 射线法判断点面拓扑关系

由点所在平面竖直向上引一条射线，判断射线与多边形的交点个数，若交点数为奇数，则点在多边形范围内，若为偶数则在多边形外。

2.4 计算照片摄影方向

对于扩展航线上照片，只需要保留摄影方向朝向测区的部分即可，因此需要计算扩展航线上每张照片在摄影瞬间的朝向，如图5所示。

图5 照片的摄影方向

设摄影中心S在铅锤方向的单位向量为分别围绕X轴、Y轴、Z轴进行三次旋转，得到实际摄影瞬间摄影主光轴的

2.5 判断照片摄影方向是否朝向测区

图6 判断射线与多边形的关系

分别计算i=1，2，3，…，n时的θ1、θ2、θ12的值：

若存在i使θ1与θ2之和等于θ12，则射线NP与多边形相交，停止对i的遍历；若不存在i使θ1+θ2=θ12，则射线NP与多边形不相交。对于下视方向的照片，摄影光束并不严格铅锤，上述判断方法会存在误判，若'的Z轴分量的绝对值大于0.9，即认为该照片为下视方向的照片，非朝向测区，予以剔除。

3 试验对比

本文基于Context Capture中导出的xml格式的工程信息文件，采用Visual Basic编程语言对本方法进行了实现。试验计算机主要配置：CPU为i7 4790K，显卡为GTX 980，RAM32 GB，空中三角测量软件为Context Capture 4.4.10。

试验包含三种类型的航飞数据，分别来自大疆Mavic 2 Pro、致睿ZR60和大疆经纬M300 RTK，大疆Mavic 2 Pro为单镜头作业方式，其余为五镜头作业方式。

经本文所述方法处理后，单镜头作业方式中，倾斜拍摄航线两端的照片，只保留了一端，另一端则作为冗余照片被剔除；五镜头数据扩展航线上朝向测区的照片得到保留，其余方向均被剔除。

三种数据的航线分布与测区范围如图7所示，处理后照片分布情况如图8所示，处理后效率提升与数据精简情况如表1所示。

表1 处理后效率提升与数据精简情况

图7 航线分布与测区范围

图8 处理后照片分布情况

由表1可知，五镜头作业方式扩展航线上的数据冗余程度要明显大于单镜头，三种航飞数据经处理后空中三角测量效率提升了40%以上，同时减少了20%以上的照片数量。

4 结语

本文提出了一种基于影像摄影方向来剔除扩展航线上冗余影像的方法。经三组试验对比，该方法可降低20%以上的影像数量，提升40%以上的空中三角测量效率。本文所述的方法可显著提升倾斜摄影测量的内业处理效率，降低数据生产成本，在大规模的倾斜摄影测量项目中具有重要的应用价值。