[發明專利]附加幾何約束的航天三線陣CCD相機多影像立體匹配方法

有效

• 申請號: 201010622773.5
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN102073874A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 陳琦;徐文;呂江安;鐘慧敏;康倩;王海燕;盧有春
• 申請（專利權）人: 中國資源衛星應用中心
• 主分類號: G06K9/64
• 分類號: G06K9/64;G06K9/54
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種航天三線陣CCD相機多影像立體匹配方法，屬于對地觀測與遙感技術。

背景技術

三線陣CCD(Charge?Coupled?Device)相機是實現航天遙感立體成像的重要方式之一，其穩定靈活的立體構成(同軌立體、三度重疊)、理想的基高比、立體影像的同時相等優點，為高精度目標點定位、高質量DEM(Digital?ElevationModel)生成等提供了有效技術途徑，顯示出其獨特的優勢。

數字攝影測量與遙感、計算機視覺的核心問題是在不同的影像中高精度、自動化地提取相應同名點即影像匹配。因此，影像匹配技術已發展成為當今數字攝影測量與遙感、數字圖像處理、計算機視覺、機器視覺的熱門研究內容之一。在DEM(數字高程模型)自動生成、DOM(數字正射影像)自動生成、城市建筑物變形觀測、城市三維重建、工業生產自動化等方面具有巨大的應用潛力。

立體影像匹配是高精度、自動化提取DEM高程數據的必經步驟，是影響DEM高程幾何精度的重要環節，也是自動生成DEM的基礎。在提高DEM高程幾何精度、提高產品線作業效率等方面有重要現實意義。

在高可靠性的立體匹配的基礎上自動生成數字高程模型數據，還需要解決匹配結果中房屋、植被等的濾除問題，即從DSM到DEM的自動化處理。如何在確保地形特征細節完整保留的基礎上，完全濾除房屋、植被等對象，具有一定的技術難度。自動影像匹配效果一般由匹配精度、匹配成功率、誤匹配率和微細地形地貌的表現能力等幾個指標進行評價，使匹配結果可以更好的反映地形地貌特征，減少所需的人工編輯工作量。

影像匹配作為遙感影像數據處理的核心，近年來仍處在不斷發展與完善之中。從當前的發展來看，其發展趨勢可歸納如下：

(1)向多影像處理方向發展

近年來，大面陣航空數碼相機、ADS-40三線陣航空數碼相機、三線陣衛星攝影機、SPOT衛星傳感器等大大地增加了數據量，同時也為影像自動匹配提供了多余的觀測數據。因此，多影像匹配成為研究的重點內容之一。歐空局與德國Inpho公司開發了的處理大重疊度影像的高性能航空數字攝影測量處理軟件，都是使用多像匹配算法。另外，大重疊度影像在近景攝影測量、計算機視覺領域也大量出現，得到了應用廣泛。

(2)強調場景與影像成像幾何約束

針對不同的應用目的，不同的傳感器特點，不同的物方景觀，探索其內在的幾何規律和約束關系，以增加匹配的可靠性，在當前的匹配算法中已逐步開始應用。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種附加幾何約束的航天三線陣CCD相機多影像立體匹配方法，該方法充分利用三線陣影像的三度多視角重復觀測，能夠大幅提高特征點的匹配數量、匹配精度和可靠性，達到改善航天三線陣前/后視影像由于視角差異而導致影像變形過大、實現影像自動匹配的目的。

本發明的技術解決方案是：附加幾何約束的航天三線陣CCD相機多影像立體匹配方法，其特征在于步驟如下：

(1)對航天三線陣CCD相機原始三視影像進行預處理，將原始三視影像的灰度均值和方差映射至給定的灰度均值和方差值；

(2)將經過步驟(1)處理后的三視影像分別生成金字塔影像；

(3)在生成的金字塔影像中的正視影像上提取特征點和邊緣點作為待匹配點；

(4)對生成的金字塔影像進行幾何畸變預改正，消除金字塔影像中的幾何畸變；

(5)利用附加幾何約束的多影像匹配方法匹配出待匹配點在前視、后視影像上的同名點；將上述匹配出的同名點作為觀測值，利用最小二乘匹配方法提高同名點的匹配精度；

(6)利用攝影測量中的前方交會關系及步驟(5)得到的三視影像上的同名點，求出地面點的坐標，得到數字表面模型DSM；

(7)對數字表面模型DSM中的點云進行濾波處理，濾除高頻率信號或者噪聲信號，生成數字高程模型DEM，完成航天三線陣CCD相機多影像立體匹配。

所述步驟(1)采用Wallis濾波器對航天三線陣CCD相機原始三視影像進行預處理。

所述步驟(1)中的給定的灰度均值和方差分別為127和40～70，其中方差的選取隨Wallis濾波中矩形區域的減小而減小。

所述步驟(4)中的幾何畸變預改正步驟如下：