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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌 330013

以無人機(jī)、飛艇為平臺的低空數(shù)字?jǐn)z影測量廣泛運(yùn)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(shí),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?cái)?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(jī)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(diǎn):

(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(qiáng)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(shí)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(jì)方法量化每一影像為一個(gè)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(shí)現(xiàn)航帶自動重構(gòu)。經(jīng)幾組低空影像試驗(yàn),驗(yàn)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(jī)標(biāo)定方法。低空攝影相機(jī)大多為非量測數(shù)碼相機(jī),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(jī)具有重要的實(shí)用價(jià)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(yàn)后迭代選權(quán)解算相機(jī)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)相機(jī)標(biāo)定。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法具有良好的抗噪性、較強(qiáng)的實(shí)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(diǎn)。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(jìn)行粗匹配,然后在左影像提取格網(wǎng)化的Harris亞像素角點(diǎn),通過核線相關(guān)和最小二乘法在右影像搜索同名點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)影像精確匹配。經(jīng)多組低空影像試驗(yàn),驗(yàn)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(diǎn),能滿足低空攝影測量轉(zhuǎn)點(diǎn)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(jìn)行迭代解算的兩步過程來實(shí)現(xiàn)低空影像相對定向,通過試驗(yàn)驗(yàn)證了兩步法提高了相對定向元素精度。同時(shí),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(xiàng)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(yàn)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(jī)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(shí),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(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證了本文方法的有效性和實(shí)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(bào),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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目((13)重04);江西省數(shù)字國土重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金(DLLJ201402);東華理工大學(xué)博士科研啟動基金(DHBK2013204)

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