低空摄影测量航带重构及数据处理方法研究

何海清

1．东华理工大学测绘工程学院,江西南昌 330013;2．江西省数字国土重点实验室,江西南昌 330013

低空摄影测量航带重构及数据处理方法研究

何海清1,2

1．东华理工大学测绘工程学院,江西南昌 330013;2．江西省数字国土重点实验室,江西南昌 330013

以无人机、飞艇为平台的低空数字摄影测量广泛运用于资源环境调查、城市规划、灾害应急监测等领域。相比传统的航空航天摄影,低空摄影在平台、飞行高度、传感器、摄影姿态等方面存在较大差异,以及平台飞行过程中易受气流等外力影响,给获取的影像带来覆盖面积小、像幅数多、重叠度不规则、旋偏角大等问题。同时,快速响应是低空摄影测量的一大优势,高自动化、快速处理影像数据十分重要。因此,低空摄影测量对可靠、高效、自动地数据处理提出了更高的要求,传统航空摄影测量方法已无法满足低空摄影测量的需要。

论文旨在提高低空影像数据处理的稳健性、自动化程度和效率,从影像航带自动重构、低空摄影相机标定、影像匹配等方面展开研究。研究内容和创新性主要体现在如下几点:

(1)研究了无需人工干预和外部信息支持的航带自动重构方法。低空摄影测量航带排列大多通过人工或POS数据来完成,存在自动化程度不高或普适性不强等问题。文章提出了无需人工干预和外部信息支持的航带自动重构方法,实现仅依靠影像内部特征重构航带。通过特征聚类分析构建SIFT特征词汇树,利用TF-IDF数值统计方法量化每一影像为一个向量来描述,比对描述向量的相似性,并结合影像匹配、几何图理论等构建影像关联网络,以趋势线追踪和邻近关系生长方式重建航带影像序列,可实现航带自动重构。经几组低空影像试验,验证了方法的有效性、效率也较高,可满足低空影像航带自动快速重构的需要。

(2)研究了参考对象全自动检测的低空摄影相机标定方法。低空摄影相机大多为非量测数码相机,影像畸变相对较大,且为满足不同环境航测需要,可能需要频繁更换镜头,快速稳健地标定相机具有重要的实用价值。研究利用操作系统函数自动生成的高精度格网作为参考对象,文章提出基于数学形态学与局部Hough变换的格网全自动检测方法,并结合二维DLT及光束法平差和验后迭代选权解算相机参数来实现相机标定。通过试验验证了该方法具有良好的抗噪性、较强的实用性与可靠性。

(3)研究了SIFT、ASIFT、相位相关法联合的低空影像匹配策略。低空影像由于存在比例尺差异大、旋偏角大、地形起伏相对较大、重复纹理等问题,常规的影像匹配方法往往难以获得满意的同名点。对比提出了SIFT、ASIFT、相位相关法联合的低空影像匹配策略。利用SIFT或ASIFT或相位相关法进行粗匹配,然后在左影像提取格网化的Harris亚像素角点,通过核线相关和最小二乘法在右影像搜索同名点来实现影像精确匹配。经多组低空影像试验,验证了本文影像匹配策略可获得数量较多且分布均匀的同名点,能满足低空摄影测量转点的要求。

(4)研究了低空影像相对定向与模型连接方法。传统航空影像相对定向元素确定的初值难以近似表达低空影像基线和旋偏角值,从而影响相对定向元素结果值的精度及迭代解算效率。本文提出直接解与连续相对定向结合的两步法,以直接解作为初值代入连续相对定向进行迭代解算的两步过程来实现低空影像相对定向,通过试验验证了两步法提高了相对定向元素精度。同时,由于低空航带立体模型连接过程中存在难以用简单的数学关系式来精确表达的累积误差、航带扭曲等问题,本文通过改变基准影像和多项式非线性改正方法来减小低空影像模型连接中的累积误差,通过试验表明该方法可明显减小航带变形。

结合研究内容,利用Visual C＋＋平台开发了低空摄影相机标定与影像畸变差改正系统,以及航带重构、低空影像匹配等程序。同时,通过研究低空影像拼接、正射影像制作、地面三维仿真和试验,进一步验证了本文方法的有效性和实用性。

The Study of Strips Reconstruction Oriented Data Processing Methodology in Low-altitude Photogrammetry

HE Haiqing
1．Faculty of Geomatics,East China Institute of Technology,Nanchang 330013,China;2．Jiangxi Province Key Lab for Digital Land,East China Institute of Technology,Nanchang 330013,China

E Haiqing(1983—),male,lecturer．He

his doctorate in Geodesy and Surveying Engineering from School of Geodesy and Geomatics of Wuhan University in June 2013．He is interested in low-altitude photogrammetry and remote sensing,geodetic data processing．

P235

D

1001-1595(2014)04-0440-01

2013-12-02

何海清(1983—),男,讲师,2013年6月于武汉大学测绘学院获大地测量学与测量工程专业工学博士学位(指导老师:黄声享教授,张永军教授),主要从事低空摄影测量与遥感、大地测量数据处理等方面研究。

HE Haiqing．The Study of Strips Reconstruction Oriented Data Processing Methodology in Low-altitude Photogrammetry[J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2014,43(4):440．(何海清．低空摄影测量航带重构及数据处理方法研究[J]．测绘学报,2014,43 (4):440．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0067

国家自然科学基金(41274020);测绘遥感信息工程国家重点实验室资助项目((13)重04);江西省数字国土重点实验室开放研究基金(DLLJ201402);东华理工大学博士科研启动基金(DHBK2013204)

E-mail:hyhqing＠163．com