低空攝影測量航帶重構(gòu)及數(shù)據(jù)處理方法研究

何海清

1．東華理工大學(xué)測繪工程學(xué)院,江西南昌 330013;2．江西省數(shù)字國土重點實驗室,江西南昌 330013

低空攝影測量航帶重構(gòu)及數(shù)據(jù)處理方法研究

何海清1,2

1．東華理工大學(xué)測繪工程學(xué)院,江西南昌 330013;2．江西省數(shù)字國土重點實驗室,江西南昌 330013

以無人機、飛艇為平臺的低空數(shù)字?jǐn)z影測量廣泛運用于資源環(huán)境調(diào)查、城市規(guī)劃、災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測等領(lǐng)域。相比傳統(tǒng)的航空航天攝影,低空攝影在平臺、飛行高度、傳感器、攝影姿態(tài)等方面存在較大差異,以及平臺飛行過程中易受氣流等外力影響,給獲取的影像帶來覆蓋面積小、像幅數(shù)多、重疊度不規(guī)則、旋偏角大等問題。同時,快速響應(yīng)是低空攝影測量的一大優(yōu)勢,高自動化、快速處理影像數(shù)據(jù)十分重要。因此,低空攝影測量對可靠、高效、自動地數(shù)據(jù)處理提出了更高的要求,傳統(tǒng)航空攝影測量方法已無法滿足低空攝影測量的需要。

論文旨在提高低空影像數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)健性、自動化程度和效率,從影像航帶自動重構(gòu)、低空攝影相機標(biāo)定、影像匹配等方面展開研究。研究內(nèi)容和創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在如下幾點:

(1)研究了無需人工干預(yù)和外部信息支持的航帶自動重構(gòu)方法。低空攝影測量航帶排列大多通過人工或POS數(shù)據(jù)來完成,存在自動化程度不高或普適性不強等問題。文章提出了無需人工干預(yù)和外部信息支持的航帶自動重構(gòu)方法,實現(xiàn)僅依靠影像內(nèi)部特征重構(gòu)航帶。通過特征聚類分析構(gòu)建SIFT特征詞匯樹,利用TF-IDF數(shù)值統(tǒng)計方法量化每一影像為一個向量來描述,比對描述向量的相似性,并結(jié)合影像匹配、幾何圖理論等構(gòu)建影像關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò),以趨勢線追蹤和鄰近關(guān)系生長方式重建航帶影像序列,可實現(xiàn)航帶自動重構(gòu)。經(jīng)幾組低空影像試驗,驗證了方法的有效性、效率也較高,可滿足低空影像航帶自動快速重構(gòu)的需要。

(2)研究了參考對象全自動檢測的低空攝影相機標(biāo)定方法。低空攝影相機大多為非量測數(shù)碼相機,影像畸變相對較大,且為滿足不同環(huán)境航測需要,可能需要頻繁更換鏡頭,快速穩(wěn)健地標(biāo)定相機具有重要的實用價值。研究利用操作系統(tǒng)函數(shù)自動生成的高精度格網(wǎng)作為參考對象,文章提出基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)與局部Hough變換的格網(wǎng)全自動檢測方法,并結(jié)合二維DLT及光束法平差和驗后迭代選權(quán)解算相機參數(shù)來實現(xiàn)相機標(biāo)定。通過試驗驗證了該方法具有良好的抗噪性、較強的實用性與可靠性。

(3)研究了SIFT、ASIFT、相位相關(guān)法聯(lián)合的低空影像匹配策略。低空影像由于存在比例尺差異大、旋偏角大、地形起伏相對較大、重復(fù)紋理等問題,常規(guī)的影像匹配方法往往難以獲得滿意的同名點。對比提出了SIFT、ASIFT、相位相關(guān)法聯(lián)合的低空影像匹配策略。利用SIFT或ASIFT或相位相關(guān)法進行粗匹配,然后在左影像提取格網(wǎng)化的Harris亞像素角點,通過核線相關(guān)和最小二乘法在右影像搜索同名點來實現(xiàn)影像精確匹配。經(jīng)多組低空影像試驗,驗證了本文影像匹配策略可獲得數(shù)量較多且分布均勻的同名點,能滿足低空攝影測量轉(zhuǎn)點的要求。

(4)研究了低空影像相對定向與模型連接方法。傳統(tǒng)航空影像相對定向元素確定的初值難以近似表達(dá)低空影像基線和旋偏角值,從而影響相對定向元素結(jié)果值的精度及迭代解算效率。本文提出直接解與連續(xù)相對定向結(jié)合的兩步法,以直接解作為初值代入連續(xù)相對定向進行迭代解算的兩步過程來實現(xiàn)低空影像相對定向,通過試驗驗證了兩步法提高了相對定向元素精度。同時,由于低空航帶立體模型連接過程中存在難以用簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系式來精確表達(dá)的累積誤差、航帶扭曲等問題,本文通過改變基準(zhǔn)影像和多項式非線性改正方法來減小低空影像模型連接中的累積誤差,通過試驗表明該方法可明顯減小航帶變形。

結(jié)合研究內(nèi)容,利用Visual C＋＋平臺開發(fā)了低空攝影相機標(biāo)定與影像畸變差改正系統(tǒng),以及航帶重構(gòu)、低空影像匹配等程序。同時,通過研究低空影像拼接、正射影像制作、地面三維仿真和試驗,進一步驗證了本文方法的有效性和實用性。

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,講師,2013年6月于武漢大學(xué)測繪學(xué)院獲大地測量學(xué)與測量工程專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)老師:黃聲享教授,張永軍教授),主要從事低空攝影測量與遙感、大地測量數(shù)據(jù)處理等方面研究。

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．低空攝影測量航帶重構(gòu)及數(shù)據(jù)處理方法研究[J]．測繪學(xué)報,2014,43 (4):440．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0067

國家自然科學(xué)基金(41274020);測繪遙感信息工程國家重點實驗室資助項目((13)重04);江西省數(shù)字國土重點實驗室開放研究基金(DLLJ201402);東華理工大學(xué)博士科研啟動基金(DHBK2013204)

E-mail:hyhqing＠163．com