[发明专利]快速进行低空遥感影像自动匹配与空中三角测量方法

说明书

技术领域

本发明属于测绘科学与技术领域，涉及一种快速进行低空遥感影像自动匹配与空中三角测量的方法，该方法可以克服低空遥感影像重叠度不同、旋偏角较大的缺点，进行低空遥感影像的自动匹配与高精度区域网空中三角测量，可以应用于土地利用变化动态监测、大比例尺测图及精细三维重建等领域。

背景技术

随着摄影测量及相关科学技术的快速进步，对地观测系统中的摄影测量技术已经从最初的地面摄影测量，经航空摄影测量发展到航天(卫星)摄影测量。国际上围绕基于航天技术的“高空”摄影测量及基于航空技术的“中空”摄影测量(航高一般大于1000米)开展了大量研究，并取得了卓有成效的理论与应用成果，产生了巨大的经济、社会效益及军事价值。

进入数字摄影测量阶段后，在利用计算机“匹配”代替“人眼”测定影像同名点时，由于传统航空摄影方式下影像间的重叠度较小，同一地物特征在相邻影像上的变形较大，存在大量的误匹配点，再加上航空影像受分辨率的限制，导致高程精度无法满足大比例尺测图的需要，成为制约数字摄影测量技术更广泛应用的瓶颈之一。更为突出的问题是在高、中空摄影测量中，天气的影响很难克服，例如三峡库区经常处于云雾天气，很难拍摄到合格的摄影测量影像。而对于建筑物墙面、悬崖、大佛等近似垂直的物体表面，根本无法用航空和航天摄影手段获取到合格影像，只有近距离低空摄影才有可能解决这些难题。如果能够实现500米以下的“低空”摄影测量与遥感，则可以完全摆脱云层遮挡的影响，获取分辨率优于0.1米的多角度低空遥感影像，满足大比例尺测绘(如1∶2000～1∶500)、土地利用变化及违法土地占用快速监测、突发事件快速响应、数字城市及城市局部三维精细模型的快速建立、土石方及矿山等工程应用、旅游景点及大型文物的三维重建与保护等实际应用的巨大需求。

但是，由于操控特性及受风力的影响，低空遥感平台很难严格按照预定的航线进行直线飞行，只能在一定半径(如10～30米)的“空中管道”内飞行，数码相机的姿态角也无法保持固定不动，再加上多角度拍摄时数码相机需要不断改变主光轴的方向，因而所拍摄影像间的重叠度必然不会严格一致，且相邻影像间可能存在一定的旋角；而且由于遮挡、高差、阴影、光照等的影响，地面特征在不同影像上可能存在很大的变形，使得自动匹配变得非常困难。可以说，成本低廉、灵活高效、安全快速的低空遥感系统获取的低空遥感影像自动高精度处理是国内甚至国际上急待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低空遥感影像的自动匹配与高精度空中三角测量方法，它能够克服上述现有技术低空遥感影像重叠度不同、旋偏角较大的不足，满足大比例尺测图、土地利用监测和精细三维重建等对摄影测量数据的要求。

本发明提供的技术方案是，一种低空遥感影像的自动匹配与高精度空中三角测量方法，包括以下步骤：

一、利用低空遥感平台，按照下述图像拍摄方法获取测区目标的单航带或多航带序列影像，并将影像导入计算机：

根据测区范围、相机参数和预设的地面分辨率，按照航带内重叠≥60％和航带间重叠≥20％的摄影测量基本要求设计航线和低空遥感平台的飞行高度，保证获得的低空遥感影像完全满足最小重叠度的要求；低空遥感平台在飞行过程中在航线上预设的摄影位置自动曝光，从而获取单条或多条航线的序列影像，并将影像自动存储，飞行结束后将影像导入地面数据处理计算机；

二、使用Wallis变换技术对影像进行自动增强处理，而后利用特征提取技术从影像中提取特征点，并将所有提取出的影像特征点自动保存；

使用图像处理领域常用的Wallis变换技术，对所有影像自动进行增强处理，并将处理后的影像存储成文件形式；将每幅影像划分为均匀的格网，格网点数可以根据影像大小给定，一般将一幅影像划分为50×50以内的格网即可，采用摄影测量中常用的Forstner算子或Harris算子在每个格网内提取一个最佳特征点，如果某格网内的特征信息不明显则舍弃该格网内的特征点，将所有提取出的特征点保存为文件形式，供影像匹配时使用。

三、自动确定相邻影像间的重叠度和旋偏角，以此为基础进行相邻影像的同名特征点匹配，并将匹配后的同名特征点向所有重叠影像自动传递，获得大量三度以上同名特征点；