A piecewise based high-precision registration of InSAR data

In Synthetic Aperture Radar (SAR) interferometry, the precise co-registration is a key problem to obtain the fine interferogram. Theoretically, 1/10 pixel accuracy is essential. Once the control points are determined, the relative rectification (pixel re-sampling)is also the important procedure. In this paper,a piecewise transformation algorithm based on Delaunay Tessellation algorithm is developed. The strategy is to "anchor" geographically all control points and transform the imagery on the basis of triangle by triangle. The piecewise algorithm, the accuracy evaluation and the preliminary results are described. The experiment result shows that the piecewise transformation out-performes the traditional polynomial transformation.     

基于二维图像特征的点云配准方法

为了提高低覆盖率点云的配准精度和收敛速度,提出了一种基于二维图像特征的点云配准方法。首先采用基于区域层次的点云配准算法实现粗配准;然后将三维点云转换成二维图像,再采用SURF算法提取二维图像的特征,并求解其匹配像素点对;最后根据二维匹配点获取相应的三维点云相关点,并计算刚体变换,由此实现点云的快速精确配准。试验结果表明,与迭代最近点（ICP）算法相比,该点云配准方法的配准精度和耗时分别提高了约20%和60%,是一种快速、高精度的点云配准算法。     

Orientation of MOMS-02/D2 and MOMS-2P/PRIRODA imagery

This paper deals with the orientation of three-line imagery which has been taken during the MOMS-02/D2 experiment in spring 1993, and during the MOMS-2P/PRIRODA mission since April 1996. The reconstruction of the image orientation is based on a combined adjustment of the complete image, ground control, orbit and attitude information. The combined adjustment makes use of the orientation point approach or the orbital constraints approach. In the second case, the bundle adjustment algorithm is supplemented by a rigorous dynamical modeling of the spacecraft motion. The results of the combined adjustment using MOMS-02/D2 imagery and control information of orbit #75b are presented. Based on the orientation point approach an empirical height accuracy of up to 4 m (0.3 pixel) is obtained. In planimetry the empirical accuracy is limited to about 10 m (0.7 pixel), since the ground control points (GCP) and check points could not be identified in the imagery with the required accuracy. Computer simulations on MOMS-2P/PRIRODA image orientation based on realistic input information have shown that good accuracies of the estimated exterior orientation parameters and object point coordinates can be obtained either with a single strip and a few precise GCP or even without ground control information, if a block of several overlapping and crossing strips with high geometric strength (q≈60%) is adjusted.     

坐标系转换中全国高精度高分辨率格网改正量的确定

确定全国1980西安坐标系向2000国家大地坐标系转换改正量是实现1980西安坐标系测绘成果向2000国家大地坐标系转换的一项重要的基础性工作。本文在对全国已有大地控制点资料进行整理、分析的基础上,通过大量试算与研究,在国内首次提出了利用全国高精度高分辨率格网改正量实现1980西安坐标系测绘成果向2000国家大地坐标系转换的理念与改正量计算方法 -移动转换法,同时利用全国127 210个高精度的控制点成果,在椭球面上建立了控制点上误差很小、能满足大比例尺地形图转换精度要求的全国高精度高分辨率格网1980西安坐标系测绘成果向2000国家大地坐标系转换改正量模型,该模型现已应用于全国多个省、市不同比例尺基础地理信息数据转换实际生产中。     

基于RANSAC的坐标系转换抗差算法研究

空间坐标转换在大地测量、工程测量等领域应用广泛.在利用公共点求解坐标转换参数时,针对公共点中混有多粗差点的情形,给出了基于罗德里格矩阵的坐标系转换模型,并在此基础上提出了基于随机抽样一致性(RANSAC)算法粗差剔除的坐标系转换抗差估计.最后利用仿真数据对该算法进行了验证,同时将该抗差算法与基于IGG3方案的最小二乘抗差估计算法进行了比较.算例结果表明,在20个仿真公共点数据中(仿真多组数据),当粗差点个数超过公共点总数的3/10时,基于IGG3方案的最小二乘抗差算法失效,而基于RANSAC的抗差算法在粗差点个数达到公共点总数的1/2时,依然能保证坐标转换的精度.该抗差算法将RANSAC算法的思想应用到坐标系转换上,有效地剔除了公共点中混有的大量粗差点.     

点云辅助GB-InSAR影像与地形数据应急变形监测方法

将采用地面三维激光扫描(terrestrial laser scanning, TLS)、地基合成孔径雷达干涉测量(ground-based interferometric synthetic aperture radar, GB-InSAR)和无人机航空摄影测量（unmanned aerial vehicle photography, UAV）的综合遥感方案应用于崩塌体应急监测。引入迭代最近点法（iterative closest point, ICP）,首先实现TLS点云和UAV影像离散点云配准;然后,利用几何映射方法实现GB-InSAR二维形变图与TLS点云三维匹配;针对崩塌体应急缺少人工目标辅助校正几何映射偏差的问题,综合目视解译以及峰值相关性分析提取各数据间的同名特征点,根据同名特征点计算空间坐标变换参数,建立变换方程来完成误匹配纠正。利用所提的匹配方法处理模拟数据及某滑坡崩塌残余体实际监测数据,结果表明实测匹配精度达像素级,满足应急监测需求。     

结合多混沌映射和输出反馈的图像加密算法

提出了一种结合多个Logistic混沌映射和逐段正弦混沌映射的图像加密算法。通过m个Logistic混沌映射的多次迭代,分别产生m个分段正弦混沌映射的初值和参数值,由m个分段正弦混沌映射迭代产生图像加密密钥序列,并引入密文输出反馈机制,对图像像素值逐点进行2轮异或加密。实验表明,该算法使密文对明文和密钥都充分敏感,加密图像像素值具有类随机均匀分布特性,相邻像素具有零相关特性,而且算法具有密钥空间大、加密速度快的优越性。     

DEM约束的卫星影像定位法

作为"云控制"摄影测量理论和方法的发展,研究了DEM约束的立体卫星影像区域网平差方法。与DEM仅作为高程控制信息使用,或者是通过DEM表面匹配实现绝对定向的间接定位方法不同,DEM作为平高控制信息被直接引入至基于RFM模型的卫星影像区域网平差之中。本文方法将连接点地面高程与DEM格网内插高程之差作为虚拟观测值构建约束方程,不仅利用了DEM高程信息,并且利用了其地形曲面包含的平面信息,以"云控制"方式在区域网平差过程中有效消除卫星影像RPC参数中包含的整体偏移及区域网内部的扭曲变形,实现了无地面控制点条件下卫星影像平面及高程绝对定位精度的大幅提升。使用覆盖山东全境的330景天绘一号立体卫星影像进行试验,分别以AW3D30、ASTER GDEM和SRTM GL3共3种开源DEM作为控制信息,并使用100个外业实测控制点进行精度评测。试验表明,以DEM作为控制可显著提高区域网平差的平面与高程精度,卫星影像绝对定位精度与DEM自身精度有关。当使用AW3D30作为控制时,可以取得与使用100个外业控制点平差同等精度,平面中误差为5.0 m(约1像素),高程中误差为2.9 m。试验结果证明了DEM替代外业控制点作为平差控制信息的有效性与可行性。     

星载ASR图像的两种实用比R—D定位模型及其精度比较

以加拿大Radarsat卫星为例，在简要介绍了SAR图像的产品格式及其多级别，多类型的特点并比较了有关遥感图像的几种定位方法之后，指出距离－多普勒（R－D）原理用于SAR图像像素的绝对定位模型的优点，在分析了直接坐标变换所遇到的困难后，提出了两种基于R－D原理的实用化定位方法，并对算法进行了验证，作定位精度作了比较分析，试验结果表明，相对位置法所取得的定位精度达到了目前国际上有关这一领域的研究所取得的精度，效果良好，迭代法所取得的定位精度也在加拿大RSI公司技术文档的规定范围内，具有一定的实用性。     

Contrast analysis based on homogeneous and non-homogeneous patterns for SAR image classification*

This study presents a novel contrast-based classification algorithm for Synthetic Aperture Radar image. The proposed algorithm primarily analyses homogeneous and non-homogeneous patterns within the moving window. The points which are either significantly brighter or darker than the central pixel are considered as non-homogeneous patterns. While the points, moderately equal to central pixel are described as homogeneous patterns. The mean intensity values of homogeneous and non-homogeneous regions are used thereafter for measuring the contrast around the central pixel of the moving window. The ISODATA algorithm is used to classify the contrast transformed image. The importance of this method is that it is computationally simple, works with minimum human interaction and robust to speckle noise. The validation of the method is done on RISAT (Radar Imaging Satellite) data.     

采用PPI算法改进的一种数学形态学端元提取方法

自动形态学端元提取(automated morphological endmember extraction,AMEE)算法将结构元素内最纯像元与混合度最大的像元之间的光谱角距离定义为形态学离心率指数(morphological eccentricity index,MEI)来定量化地表示像元的纯净度。然而作为参考标准的混合度最大的像元在不同的结构元素内也是不同的,尤其是当结构元素内的纯净像元占大多数时,像元的均值光谱将更接近纯像元,此时像元的MEI越高,纯度反而越低。针对这一问题,本文提出一种像元纯度指数(pure pixel index,PPI)算法与AMEE算法相结合的端元提取算法PPI-AMEE。在结构元素内,利用PPI指数代替AMEE算法中的MEI指数来寻找最纯像元。变换结构元素时,只有最纯净的像元始终能够投影到随机生成的直线的两端,其PPI值会不断累计增大,而其他像元的PPI值则无法持续增大。累计记录每个像元的PPI值,直至满足迭代终止条件,最终形成一幅PPI图像,端元将在PPI值较大的像元中选取。PPI-AMEE算法只在相对较小的结构元素内运行PPI算法,然后再结合数学形态学中的膨胀操作对整幅图像进行处理,其同时兼顾了图像的光谱信息和空间信息。最后,采用模拟数据及美国内华达州Cuprite地区的机载可见光/红外成像光谱仪(airborne visible infrared imaging spectrometer,AVIRIS)高光谱数据对提出的PPI-AMEE算法进行试验验证。试验结果表明,PPI-AMEE算法的端元提取精度总体上优于AMEE算法和PPI算法。     

FY-2卫星S-VISSR数据几何纠正研究

提出了一种简单高效的FY-2卫星S-VISSR数据的几何纠正方法。该方法以FY-2标称投影图像（NOM）经纬度对照表作为参考图像,FY-2卫星S-VISSR数据作为输入图像,首先利用S-VISSR数据提供的简化格网数据在两幅图像间获取同名点,然后根据同名点寻找两幅图像间的几何变换模型,最后对S-VISSR数据进行几何纠正。实验表明,利用该方法能够快速地完成对FY-2E和FY-2D卫星S-VISSR数据的几何纠正,其精度达到了1个像素左右。     

一种基于改进SIFT算法的遥感影像配准方法

本文首先分析了传统SIFT算法在遥感影像配准应用中存在的不足,从特征点匹配精度上进行了改进。通过分析SIFT特征点匹配的主要误差来源,逐步消除可能误差,提取尽可能多且精准的匹配点对。接下来利用该匹配点对作为配准用控制点对,分别对不同时相、不同分辨率遥感影像进行仿射变换和小面元微分纠正配准。最后与传统SIFT算法进行比较,试验结果表明本文算法具有更高的匹配精度。     

平面影像到DQG像元的转换精度与效率分析

平面影像到退化四叉树格网(Degenerate Quadtree Grid,DQG)的转换是实现全球DQG无缝可视化建模的前提任务。以相交面积为权重,提出平面影像到球面退化四叉树格网的转换算法。实验利用4km分辨率256级灰度图像数据Wsiearth.tif和30m分辨率Landsat5 Level4遥感数据,详细对比分了平面影像到退化四叉树格网与平面影像到四元三角格网(Quaternary Triangular Mesh,QTM)的转换精度和效率。     

仅用虚拟控制点的超大区域无控制区域网平差

利用光学卫星影像进行无控制测图是摄影测量追求的目标。针对超大区域无控制测图的需求,本文提出了一种以单景影像为平差单元,基于虚拟控制点的光学卫星影像超大规模无控制区域网平差方法。该方法利用待平差影像的初始RPC模型生成虚拟控制点,并将其作为带权观测值引入平差模型中以改善平差模型的状态,克服了在无控制点条件下平差精度不稳定、误差过度累积引起的网的扭曲变形等问题。为了验证本方法的有效性和精度,利用资源三号卫星获取的覆盖全国的26 406景影像进行区域网平差试验,并利用全国范围内分布的约8000个高精度控制点对平差后自动生产的DOM和DSM产品的几何精度进行验证。试验结果表明,平面和高程中误差均达到了4m以内,同时,区域网内部相邻影像之间的几何拼接精度优于1个像素,满足无缝拼接的要求。     

Manual construction of continuous cartograms through mesh transformation

A computer-assisted framework is proposed to support the manual construction of cartograms. The framework employs a joint triangulation, similar to that used in rubber-sheeting, to define a piecewise affine transformation between map space and cartogram space. This guarantees preservation of all topological relations within and among transformed datasets with insertion of a finite number of points. To support intuitive user control of cartogram appearance, methods are developed to translate generically defined user adjustments of the cartogram into mesh vertex positions on either the source map mesh or cartogram mesh. The framework is implemented in a working prototype application and used to create sample cartograms of the USA and China. Results are compared with cartograms produced using diffusion and carto3f algorithms in terms of accuracy, aesthetic appearance, and approximate construction time. Qualitative aspects of the manual construction process are also discussed.     

利用Kullback-Laible信息量的空间数据几何纠正模型选择

由于地图数字化数据在采集和制图过程中存在系统误差的影响,导致其空间位置精度较低。在实测较高精度的GPS控制点的基础上,基于Kullback-Laible(KL)信息量改进的赤池信息标准(AICc)来选择最佳的转换模型,实现地图数字化数据的几何纠正,从而达到提高其位置精度的目的。     

球形全景影像位姿估计的改进EPnP算法

球形全景成像可以克服透视成像视场角的局限,实现场景全覆盖的三维重建和量测。本文在普通影像位姿估计的EPnP(efficient perspective-n-point)算法上进行了改进和扩展,提出了一种稳健快速的球形全景影像位姿估计算法。首先,构建球形全景影像的投影模型,将EPnP算法的平面透视成像模型扩展到球面成像模型;然后,采用基于全景球心、像点、控制点共线条件方程的改进EPnP算法求解控制点的球形全景像空间坐标;最后,利用Horn绝对定位算法直接解算全景影像位姿。与球形全景影像位姿估计的后方交会算法的对比试验结果表明,本文提出的方法无须迭代求解,更为稳健快速,即使控制点数目较少也能达到高精度,基于非严格共中心拼接的全景相机,重投影误差可控制在3.00像素左右。     

基于二维直接线性变换的数字相机畸变模型的建立

提出并论证了基于二维直接线性变换的畸变的校正方法。本方法特别适用于各类固态摄像机(CCD、CID、PSD)的畸变模型的建立，以补偿各类像点系统误差。     

EM算法的二次曲面拟合在GNSS高程的研究

GNSS高程拟合常用的是二次曲面拟合法,该方法需要控制点位分布均匀,针对实际作业中受观测条件的影响部分控制点位数据无法获取,影响到GNSS高程测量精度问题,引入期望极大算法(EM算法),提出高斯分布下的EM算法与二次曲面拟合法相结合的组合算法模型,运用高斯分布下的EM算法的二次曲面拟合法对缺失数据的控制点进行建模分析。该组合算法可以获得缺失数据下未知参数的最佳估值,可有效提高水平面的拟合精度。将某区域的高程拟合控制点作为实验数据,结果表明,组合算法模型可以对缺失数据进行高程拟合,检核点最大误差为0.8 cm,组合模型拟合精度较高。