专利名称：一种城市低空无人机系统生成数字正射影像图的方法
技术领域：
本发明涉及一种城市低空无人机系统生成数字正射影像(DOM)方法，属于航空图像处理技术领域，应用于城市低空无人机系统。
背景技术：
城市低空无人机系统，即利用先进的无人驾驶飞行器技术、传感器技术、遥测技术、通讯技术、GPS技术和遥感应用技术，智能化、专业化、快速、低成本获取城市国土、规划、 环境等空间遥感信息，并完成遥感数据处理和应用分析的技术系统，具有机动、快速、高效、 经济等优势。由于城市低空无人机系统获取的影像有像幅小、重叠度大、像片旋角超限和航测比例尺不一致等不利特点，特别是存在地物遮挡、阴影现象，给后期城市影像解译和判读带来诸多困难，且城市无人机系统获取的影像噪声现象严重，这些因素极大地掩盖了系统的高效、快速和高精度处理等优点。城市影像后期处理困难重重，严重限制了低空无人机系统在城市中的应用。同时城市低空无人机影像具有分辨率高的优势，高分辨率城市影像在城市国土、 规划、环境等领域具有较高的经济价值和应用价值，是普通城市航空和航天遥感所无法企及的。数字正射影像(DOM)具有地图的几何特征和影像特征，是由数字高程模型(DEM) 进行微分纠正生成的，DEM的精度直接影响着DOM最终成果的精度。传统的DEM采集主要是利用地形图进行数字化把等高线录入计算机，或者将地形图经扫描输入计算机，然后进行屏幕数字化生成等高线。一般来说，DEM的这种采集方法费时、费力，并且很容易出现输入错误。经济快速发展的地区，地形图很难反映当前的地形现状，利用它生成的DEM就不具有时效性。随着航空、航天遥感技术的不断发展，传感器的性能不断提高，数字摄影测量方法成为快速获取DEM的主要手段。利用常规的摄影测量方法来进行4D产品GD :DEM、D0M、DLG、DRG)的生产，市面上现有的软件有全数字摄影测量工作站(VirtuoZo，JX-4)，单片微分纠正软件(Geoway D0M) 或多项式纠正软件(Geoway)，以及 ERDAS 的 LPS (Leica Photogrammetry Suite)，PCI，ENVI 等遥感与地理信息系统软件等。以LPS软件为例来说明制作DEM并生成DOM的传统制作流程。在LPS中首先进行空中三角测量计算，得到每张影像的外方位元素，经过影像匹配生成大量同名点并计算对应地面点坐标XYZ值，借助激光雷达(简称LiDAR)点云滤波方法，得到测区的DEM，通过对原始影像微分纠正获得D0M。以上这些软件主要处理的是大像幅影像或者高分辨率(0. 6米 5米)卫星影像， 对于低空无人机遥感平台获取的超高分辨率(分辨率为0. 08 0. 2米)遥感影像，生成的 DEM很难满足精度要求。并且对于城市地区而言，具有密集的建筑物和植被区，大量的匹配点位于房屋的顶部以及植被的顶部，由此结果计算得到的是数字表面模型DSM，不是需求的 DEM，因此必须对影像匹配的结果进行修正，将房顶上和树上的点降低到地面上来，从而获
3得真正的DEM。但是一般的软件只是简单的滤波，并不能达到理想的效果，其生成的DEM达不到所要求的精度。再者传统的DEM修测采用立体观测与量测，逐点地修正错误的高程点， 效率比较低。数字正射影像(DOM)是由DEM进行微分纠正生成的，因此DEM的质量直接决定DOM 的质量。其次对于无人机航空摄影测量获取的影像片幅�。袢∫欢ǚ段У恼溆跋瘢枰杏跋裣馇逗蛣蚬鈩蛏却�。现有的一些影像处理方法只是针对卫星或中空航空影像进行处理，并未对低空， 特别是城市低空获取的低空高分辨率影像进行有效的相关处理。例如对于城市地区建筑物林立的情况，其拼接线需要大量的人工调整和修测。并且进行城市地区数字影像纠正时，由于人工建筑物等没有经过有效的微分纠正，正射影像图上存在建筑物向不同方向倾斜的问题，这种倾斜必然带来地物遮挡现象，尤其是高大建筑物带来的遮挡问题更是突出，对正射影像图上影像信息的判读带来了很大的影响。
发明内容
本发明的技术解决问题是提供一种城市低空无人机系统生成数字正射影像方法，能够充分利用城市低空获取影像的高分辨率优势，高效精确地生产D0M。本发明包括如下技术方案一种城市低空无人机系统生成数字正射影像图的方法，包含以下步骤数据资料准备，数据资料包括控制点资料、相机检校文件、姿态资料；影像的空中三角测量，生成核线影像；影像匹配，生成数字表面模型(DSM)；基于城市建筑物特征构建不规则三角网(TIN) 和数字高程模型(DEM)内插；数字微分纠正生成数字正射影像图(DOM)；城市低空数字正射影像图镶嵌，包括拼接线选择、勻光勻色、边界裁切。影像匹配，引用垂直线估计算法(简称VLL)追加定向点实现密集点云生成，生产 DSM ；通过城市建筑物立体观测与量测方式获取特征线，并约束DSM构建TIN，内插获取DEM ； 对高重叠度的影像裁切15%进行DOM的镶嵌。本发明与现有技术相比的有益效果在于(1)本发明针对城市低空高分辨影像数据处理的效率低、难度大、精度低、效果差等特点，对常规航空航天影像数据处理流程进行了相关改进操作，以此适应城市低空高分辨影像处理的特点，能够有效指导城市无人机低空航摄系统的作业。(2)采用城市低空无人机系统获取的分辨率为0. 1米的正射影像对城市大比例尺地形图进行生产和更新，精度达到了国家标准规定的1 1000地形上单点定位的绝对精度要求(士0.5米)。(3)采用城市低空无人机系统获取的分辨率为0. 2米的正射影像对城市大比例尺地形图进行生产和更新，精度也能满足国家标准规定的1 2000地形上单点定位的绝对精度要求(士 1.0米)。
图1为本发明的一种城市低空无人机系统生成DOM的方法流程图。图2为本发明VLL影像匹配原理图。
图3为本发明基于建筑物特征线的构建TIN示意图。
具体实施例方式(1)数据准备城市低空无人机系统涉及的数据有控制点资料、相机检校文件、获取的数字影像和与数字影像对应的POS、IMU数据。需要对这些数据的有效性进行检查。(2)空三加密空三加密根据控制点资料、数字影像和数字影像对应的POS、IMU (即姿态数据)数据，求出每张相片的内外方位元素。(3)生成核线影像根据空三加密成果，进行实时核线影像计算和核线影像重采样，生成核线影像。(4)创建立体模型建立立体观测和量测环境，并依据生成的核线影像，创建立体像对的立体模型。(5)立体采集建筑物特征线在建立的立体模型下，采用双目视觉原理，进行建筑物特征线的立体采集。(6)影像匹配，生成数字表面模型(DSM)本发明采用高斯金字塔影像匹配策略，构建影像分辨率由低到高的金字塔影像层影像金字塔，从而减少数据的运算量，提高影像匹配的效率，提高匹配精度，然后相应的形成由粗到精的影像匹配方案。a.构建高斯金字塔图像的高斯金字塔分解是通过依次对低层图像与具有低通特性的一定大小窗口函数W(m，η)进行卷积，再把卷积结果作隔行隔列的降2采样来实现。假设要构建N级高斯金字塔，将原始影像作为高斯金字塔的最底层G。，其金字塔影像序列分别为(；。、&、…(V 其中金字塔第L层&可由低一级图像Gm由下式产生
其中[]丨2表示抽�。�*表示卷积算子；w表示高斯卷积核，w中各元素的和必须等于1。由金字塔构建的特征可以看出，相邻上级与下级之间的运算都是利用上面公式得到的，于是可定义一个函数REDUCE0来形象表示Gl = REDUCE (Gl^1)对于第L层中的具体像素点(i，j)的灰度值的计算可以通过加权平均的形式来求得，即
2 权利要求
1.一种城市低空无人机系统生成数字正射影像图的方法，其特征在于包含以下步骤(1)数据资料准备，数据资料包括控制点资料、相机检校文件、姿态资料；(2)影像的空中三角测量，生成核线影像；(3)影像匹配，生成数字表面模型(DSM)；(4)基于城市建筑物特征构建不规则三角网(TIN)和数字高程模型(DEM)内插；(5)数字微分纠正生成数字正射影像图(DOM)；(6)城市低空数字正射影像图镶嵌，包括拼接线选择、勻光勻色和边界裁切。
2.如权利要求1所述的一种城市低空无人机系统生成数字正射影像图的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的影像匹配，采用高斯金字塔影像匹配策略，构建影像分辨率由低到高的金字塔影像层，在低级别影像层上采用最小二乘影像匹配算法，作为高级别影像层的初始值，并且在高级别影像层上采用相关系数匹配算法，以此生成DSM。
3.如权利要求1所述的一种城市低空无人机系统生成数字正射影像图的方法，其特征在于，所述步骤(4)首先提取城市DEM约束特征线，然后根据城市DEM约束特征线进行不规则三角网的构建，通过特征线内部的高程点不参与构建不规则三角网，并进行数字高程模型(DEM)内插，从而获取真正的地面高程点DEM。
4.如权利要求1所述的一种城市低空无人机系统生成数字正射影像图的方法，其特征在于，所述步骤(6)利用微分纠正对城市高重叠度高分辨率影像进行正射纠正，同时进行 15%边界裁切，只保留中心一定区域的影像，最后对生成的正射影像进行镶嵌。
全文摘要
一种城市低空无人机系统生成数字正射影像图的方法，包含以下步骤数据资料准备，数据资料包括控制点资料、相机检校文件、姿态资料；影像的空中三角测量，生成核线影像；影像匹配，生成数字表面模型(DSM)；基于城市建筑物特征构建不规则三角网(TIN)和数字高程模型(DEM)内插；数字微分纠正生成数字正射影像图(DOM)；城市低空数字正射影像图镶嵌，包括拼接线选择、匀光匀色、边界裁切。本发明能够充分利用城市低空获取影像的高分辨率优势，高效精确地生产DOM。
文档编号G01C11/00GK102506824SQ201110311259
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者张峰, 解婓斐, 郝胜勇 申请人:航天恒星科技有限公司
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