“针孔”模拟成像下的单航空影像与LiDAR点云配准

以摄影测量共线方程为严格配准模型,提出了一种引入针孔成像模拟过程的单张航空影像LiDAR点云配准迭代方法,共分为3个阶段:第一,利用航空影像内参数及初始外方位元素对LiDAR点云针孔模拟成像,生成与航空影像空间分辨率、几何形变相接近且具有相同幅面大小的透视影像-LiDAR深度影像;第二,以梯度互信息作为影像相似性测度依据,实施影像金字塔、分块处理策略实现LiDAR深度影像与航空影像几何变换参数快速估计,进而依据估计参数及LiDAR深度影像、激光脚点投影关系建立LiDAR点云航空影像概略相关;第三,以LiDAR点云影像概略相关下的近似同名像点为观测值,以像点梯度互信息为权重,实施摄影测量空间后方交会计算获得优化的影像外方位元素,生成新的LiDAR深度影像并重复上述过程,直至满足给定的迭代计算条件,实现单张航空影像与LiDAR点云数据的自动空间配准。实验表明,本文方法配准精度达亚像素级且自动化程度高。     

铅垂线辅助城区航空影像的绝对定向

依据灭点理论，推导了空间铅垂线与航空影像的空间姿态角之间的关系及其相应的误差方程式，并分析了铅垂线辅助的单像空间后方交会和单模型绝对定向中所需的控制点数。最后，通过实际数据的试验研究了铅垂线辅助的单像空间后方交会和单模型绝对定向的精度与可靠性。试验结果表明，在传统的单像空间后方交会和单模型绝对定向中引入铅垂线约束条件，不仅定向精度与传统的基于控制点的绝对定向精度相当，而且可以减少所需的控制点数以及定向精度对控制点分布的依赖性。     

三维显示中的DTM数据简化算法

提出了一种将图形生成技术与图像处理相结合,对DTM数据进行最优三角划分的简化DTM数据的算法。依据一定的分辨率条件,将DTM数据转化到二维图像空间,找到它的局部特征点,并将二维空间的特征点利用Delaunay剖分三角化,再映射到三维空间,从而在简化数据的同时,得到一个满足保真性要求的TIN模型。最后实验验证了算法的有效性。     

Automatic Registration Between Low-Altitude LiDAR Point Clouds and Aerial Images Using Road Features

Among the many means of acquiring surface information, low-altitude light detection and ranging (LiDAR) systems (e.g., unmanned aerial vehicle LiDAR, UAV-LiDAR) have become an important approach to accessing geospatial information. Considering the lower level of hardware technology in low-altitude LiDAR systems compared to that in airborne LiDAR, and the greater flexibility in-flight, registration procedures must be first performed to facilitate the fusion of laser point data and aerial images. The corner points and edges of buildings are frequently used for the automatic registration of aerial imagery with LiDAR data. Although aerial images and LiDAR data provide powerful support for building detection, adaptive edge detection for all types of building shapes is difficult. To deal with the weakness of building edge detection and reduce matching-related computation, the study presents a novel automatic registration method for aerial images, with LiDAR data, on the basis of main-road information in urban areas. Firstly, vector road centerlines are extracted from raw LiDAR data and then projected onto related aerial images with the use of coarse exterior orientation parameters (EOPs). Secondly, the corresponding image road features of each LiDAR vector road are determined using an improved total rectangle-matching approach. Finally, the endpoints of the conjugate road features obtained from the LiDAR data and aerial images are used as ground control points in space resection adjustment to refine the EOPs; an iterative strategy is used to obtain optimal matching results. Experimental results using road features verify the feasibility, robustness and accuracy of the proposed approach.     

轻小型组合宽角低空相机检校技术研究

轻小型组合宽角低空相机由四个非量测的CCD面阵相机组合而成,其内方位元素未知,并且相机畸变差较大.而无人机航空摄影测量作业对CCD相机的光学畸变参数有较高的要求,因为参数的一个像素的误差常常会导致地面几米甚至数十米的误差,因此对组合相机进行高精度检校是无人机航空摄影测量作业的关键步骤.本文采用多片空间后方交会方法在室外...     

机载激光雷达点云与定位定姿系统数据辅助的航空影像自动匹配方法

本文针对LiDAR点云和POS数据辅助航空影像的连接点自动匹配,设计了用于相关系数匹配的最佳匹配点位快速搜索算法;提出一种基于虚拟地面控制点的相机安置角误差自动检校方法,在此基础上自适应确定影像匹配搜索范围。试验结果表明,本文提出的最佳匹配点位快速搜索算法可在保证匹配正确性的情况下节省约25%的匹配耗时;相机安置角误差补偿方法能够有效地提高由POS数据计算的影像外方位元素的精度,从而明显改善同名点匹配时的点位预测精度;本文算法能处理多分辨率、多视角的交叉飞行航空影像,获得高精度的匹配结果。     

直线特征约束的资源3号卫星影像自检校平差

针对控制点获取较困难地区卫星影像定位精度不高的情况,对直线特征作为控制信息提升卫星影像定位精度进行了研究。以"像方直线上任意一点必然位于物方直线和投影中心所构成的平面"作为几何约束条件,通过对直线的参数化表示,建立了基于直线特征的共面模型;在该模型基础上,针对航天传感器的成像特点,分析建立了8标定参数的内方位元素模型和简化的外方位元素模型,最终构建了直线特征约束的卫星影像自检校平差模型。利用资源3号(ZY-3)卫星获取的华盛顿地区数据对构建的平差模型进行实验验证。结果表明,该模型能够解决缺乏地面控制点地区影像定位精度差的问题,可达到与常规自检校平差相同量级的精度。     

单应性几何下的后方交会直接解法

传统的后方交会最小二乘解法需要良好的外方位元素初值。在无初值或者初值不够精确的情况下,最小二乘迭代不容易收敛。在近景摄影测量或者计算机视觉等领域,往往不提供良好的初值,无法适用传统的后方交会解法。针对上述情况,本文提出了一种基于单应性矩阵的后方交会直接解法,在不需要初值的情况下,获取外方位元素的直接解。该方法根据单应性矩阵所描述的平面几何关系,利用单应性矩阵内在的约束条件,将后方交会问题转换为一个二元二次方程组的求解问题。该方法受舍入误差影响小,在无偶然误差的情况下,解算精度能达到10–9量级,能够避免传统直接解法计算复杂的问题,为传统的平差迭代解法提供良好的初值。此外,在多个控制点共面的情况下,该方法能够直接获得外方位元素的精确解。实验结果表明:在各种不同倾角拍摄的情况下,该方法均能够获得稳定的外方位元素,为后续的后方交会最小二乘算法提供良好的初值。采用本文方法计算的初值参与平差,能够达到与人工给定初值平差一致的精度,且迭代收敛速度是人工给定初值平差的2倍以上。在控制点共面的情况下,该方法的反投影精度能够达到亚像素级,且精度优于大部分主流的直接解法。     

城市环境下基于C/S架构的影像空间定位

针对城市环境下影像空间定位精度低等问题,提出了一种在C/S架构下基于影像的移动平台空间自定位方法。首先对预采集的城市建筑物序列影像,利用最近邻距离比率(nearest neighbor distance ratio,NNDR)算法和归一化互相关匹配(normalized cross correlation,NCC)算法得到SIFT粗匹配,通过随机抽样一致(random sample consensus,RANSAC)算法对粗匹配点进行优化,通过精确解算基本矩阵 F 和投影矩阵 P ,建立建筑物三维点云模型,进而获得由影像特征点、像点坐标以及物方点坐标组成的物方特征库。其次以用户通过手机拍摄的影像作为定位影像,进行特征提取并与物方特征库影像匹配,获取对应物方点坐标。最后通过精确计算定位影像外方位元素,并在手机客户端中显示所拍照瞬间手机的空间位置,实现移动平台空间自定位。实验结果表明,该方法能够达到厘米级定位精度,可作为其他空间定位方法的有效补充。     

卫星三线阵CCD影像光束法平差研究

简单回顾了“定向片法”和“EFP法”计算外方位元素的原理 ,指出仅仅利用三线阵CCD影像及地面控制点的空中三角测量 ,不能实现单航线角隅各一个控制点的平差计算模型与实地的相似性 (不计像点观测误差 )。利用EFP法空中三角测量的原理 ,进一步分析了其原因 ,提出了在相邻EFP像片之间增设连接点 ,同时要求在航线首末基线范围内的连接点带地面坐标或连接点在其左、右EFP像片上的坐标之一是其真中心投影坐标。在其控制下 ,平差结果实现了包括基线数B =2在内的单航线平差计算的模型基本与实地相似 ,并列出了在多种情况下利用计算机模拟数据进行平差精度统计的结果。最后就解决连接点真中心投影坐标获取问题 ,对三线阵CCD相机提出了附加要求 ,即在正视CCD线阵右侧附加两个 1 5 0 0像元× 1 5 0 0像元 (或更小 )的CCD面阵的构想方案     

Principle, software and experiment of GPS-supported aerotriangulation

1 IntroductionAs is now well known, the high accurate point de-termination with airborne remOe sensing data hasalways ben one of the most fundaxnental prObletns..in aerial photOgrammtry. According to the princi-ple of the geOmtry reversal in photOgramrntry,the interior and exterior orientation elements ofaerial phOtOgraphs must first be known in order toreconstnJct the measuring stereo geometric medels.For the past 60 years, however, the interior orienta-tion parameters of carnera were main…     

GPS引导下的多角度遥感图像自动匹配

随着航天和计算机技术的进步,多角度遥感目前又一次成为遥感基础研究的新热点,不同于以往的传统垂直观测方式,它不仅提供了地物的空间光谱信息,还提供了地物的结构特征信息,是定量化遥感的途径之一。多角度遥感也使得遥感图像处理更加复杂,多角度遥感图像的配准便是要解决的关键技术之一,多角度遥感图像成像的特殊性决定了纯粹利用图像信息进行的匹配是较为困难的。本文以法国POLDER（POL arizationand Directionality of Earth's Reflectance）多角度航空遥感试验为例,介绍POLDER多角度遥感图像自动匹配的方法,首先用GPS进行定位引导,精度在100m左右,然后在初步定位的基础上,用图像灰度特征和结构特征进行精确配准,自动定位精度小于30m,最后采用局部最小误差控制点对图像进行重采样处理,并直接提取航空平台的地物二向性反射信息。     

稀少控制条件下无人机空三加密及在公路地形测图中的精度分析

针对无人机航空摄影测量地面控制点多的问题,介绍了一种无人机影像空中三角测量方法,基于动态精密单点定位,使用单台GNSS接收机获得高精度摄站点三维坐标,地面无需架设GNSS基站。通过平地、山地公路项目试验,分析了稀少控制条件下的控制点布设方法及空三加密精度,少量地面控制点即可满足1：2000比例尺地形图的精度要求,极大减少了内、外业工作量,简化了无人机航空摄影作业方式。     

基于点特征的低空遥感影像多级高效率匹配方法研究

研究基于点特征的匹配算法,结合现有影像匹配算子的优缺点,提出一种适用于低空遥感影像特征点的自动提取与匹配方法。首先在简化的高斯尺度空间中检测Harris角点,使该特征点具有尺度不变性;然后采用Forstner算子对关键点精确定位,精度达到子像素级;最后通过简化特征点描述符实现算法简化。在特征点匹配阶段,采用BBF-KD初匹配和二次精匹配提高匹配精度。以低空遥感影像为实验数据测评SIFT算法和文中方法在提取速度、匹配正确率、稳定性等方面的性能。实验结果表明,相对于传统的SIFT算法,处理影像清晰的低空遥感数据时本方法有更高精度和更快速度。     

城区机载LiDAR数据与航空影像的自动配准

为解决机载LiDAR数据与航空影像集成应用中二者的配准问题,提出了一种机载LiDAR数据与航空影像配准的方法。首先,直接在LiDAR点云中提取建筑物3维轮廓线,通过将轮廓线规则化得到由两条相互垂直的直线段组成的建筑物角特征,并在航空影像上提取直线特征;然后,根据影像初始外方位元素将建筑物角特征投影到航空影像上,并采用一定的相似性测度在影像上寻找同名的影像角特征;最后,将角特征的角点当作控制点,利用传统的摄影测量光束法区域网平差解求影像新的外方位元素。解算过程中采用循环迭代策略。本方法的主要特点是,直接从LiDAR点云中提取线特征,避免了常规方法从距离图(或强度图)中提取线特征所产生的内插误差。通过与现有基于点云强度图的配准方法的对比实验表明,在低精度初始外方位元素的辅助下,本文方法能够达到较高的配准精度。     

利用单位对偶四元数进行航空影像区域网平差解算

将对偶四元数应用于摄影测量中,提出了一种基于单位对偶四元数的航空影像区域网平差解算方法。相比于常规的平差方法和四元数方法,该算法的最大特点是将影像的摄站位置和姿态以一个单位对偶四元数整体表示,从而构建基于对偶四元数的区域网平差模型,并采用具有约束条件的参数平差进行解算。利用两个地区不同比例尺的实际航空影像数据进行实验,结果表明,该算法的平差精度与常规的区域网平差方法相当,对影像比例尺及控制点的数量与分布的需求也与常规的平差方法基本相同,为对当前轻小平台获取航空影像进行摄影测量处理提供了一条新的技术思路。     

基于机载三维成像仪快速获取数字地面模型

机载三维成像仪是集成GPS、姿态测量装置、激光测距仪和光谱成像仪的新型航空遥感系统，它能同步获取地面目标的定位、定性数据。本文简要介绍了机载三维成像仪系统，在计算出扫描激光测距点三维坐标的基础上，着重分析了DTM快速生成算法，包括DTM的快速内插和航带间的自动无缝拼接。     

基于等高线的表面估计滤波方法

提出一种基于等高线的滤波方法,它先由LIDAR数据生成数字表面模型,并内插出等高线,再根据DSM等高线的特征,如闭合性、首尾点距离、等高线的长度及等高线间距离等,通过设定阈值自动提取出属于自然地面的等高线线段,以获得初始的自然地面点,然后内插生成初始数字地面模型,最后使用迭代逼近法生成最终的(精确的)数字地面模型,即比较初始DTM与DSM,差值小于预设阈值的点视为DTM点,而差值大于预设阈值的点则标记为无数据点,最后,这些无数据点由选择的DTM点内插出.通过与现有表面估计的滤波方法的对比实验以及所提取地物轮廓线与航片的叠加对比试验,证明新方法可适用于地表起伏较大的地形,地物提取精度高、计算量小、效率高.     

基于空间插值的影像纠正精度的空间可视化表达

现有影像纠正精度以控制点精度评定为基础 ,对于精度探讨采用可视化技术从整体上进行表达。以相似变换作为影像纠正的基本模型 ,推导了纠正后任意点精度与控制点精度的关系 ,并基于此选择采用距离倒数乘方法作为空间插值方法 ,插值影像纠正后任意点不同方向上的以及点位的精度。在此基础上 ,采用精度可视化的概念对影像纠正的质量加以描述 ,通过一个加密前后影像纠正的实例说明其应用的方法 ,并获得了一些有益的结论