[發明專利]基于主被動三維成像系統的三維影像生成方法

有效

• 申請號: 201610152716.2
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN107204037B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 李傳榮;黎荊梅;周梅;胡堅;張慧靜;朱曉玲;馬蓮
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G01S17/86;G01S17/89
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

本發明提供了一種基于主被動三維成像系統的三維影像生成方法，首先獲取平臺的位置姿態數據、激光測距數據以及影像數據；接著得到影像傳感器掃描時刻的位置姿態數據和激光雷達掃描時刻的位置姿態數據；再得到激光雷達點云數據；然后激光雷達點云數據與影像數據在像方匹配，并計算得到第一類影像像點的大地坐標和第二類影像像點的高程值，并生成三維影像，本發明基于主被動三維成像系統這一類新型載荷，將激光雷達點云數據與影像數據在像方匹配，匹配效率高、自動化程度高；實時性好，在處理速度上相比其它三維影像生成方法有極大的優勢，適用于機載、星載等各種平臺，對大區域城區/山區三維建模具有良好效果。

技術領域

本發明涉及遙感技術領域，尤其涉及一種基于主被動三維成像系統的三維影像生成方法。

背景技術

激光雷達技術是近年來飛速發展的一項快速獲取地表三維信息的遙感技術，然而激光點云數據是離散的，且采用單色主動探測方式，其灰度值不能很好的反映地物的真實紋理信息。鑒于此，基于激光雷達數據與影像數據融合的相關研究與應用得到了廣泛關注。但是由于激光雷達點云與光學影像所反映的地物屬性特征完全不同，目前的配準算法在性能、普適性等方面還存在諸多問題，具體表現在多數方法適用于城市中具有較多規則形狀目標的區域，同名特征的提取自動化程度不高，同名特征提取、離散激光點的空間搜索等過程制約激光點云與影像配準速度等方面。

在此情況下，一種集成了激光雷達系統與相機的主被動三維成像系統應運而生。該系統包含線陣激光雷達系統與線陣相機兩類傳感器，采用線陣推掃的方式對目標掃描成像。通過時間同步控制單元，使得激光雷達系統發射時刻與相機采樣時刻保持固定倍頻關系，保證在飛行方向上激光掃描行與相機掃描行的固定對應關系；通過實驗室光軸對準，使得激光探元與相機探測器像元一一對應，保證在垂直于飛行方向上激光點與影像像點之間的對應關系。從系統設計的角度即保證了激光雷達點與影像像點的準確對應，從而減少在數據匹配融合中的計算量，使激光點云與影像的自動實時匹配成為可能。

目前對于機載影像和激光點云數據生成三維影像主要利用面陣影像數據，一般方法是將影像和激光點云數據分別處理生成正射影像以及DEM，再進行套合。首先通過時間同步分別獲得影像與激光雷達掃描時刻的位置姿態數據；之后將激光測距數據處理生成激光點云數據，進而生成DEM數據；同時對影像數據進行幾何糾正，得到正射影像。在影像幾何糾正的過程中，可以利用激光雷達點云生成的DEM，也可以利用影像前方交會生成的DEM。最后將DEM數據與正射影像數據進行疊加，得到三維影像。該方法步驟繁多，尤其是對于面陣影像的處理，難以滿足應急任務中實時處理要求。對于機載線陣影像和激光點云數據生成三維影像的方法，目前尚未見報道，但也可沿用上述處理思路。因此有必要探索一種高效、適應度廣的三維影像實時生成方法。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術問題，本發明提供了一種基于主被動三維成像系統的三維影像生成方法。

(二)技術方案

本發明提供了一種基于主被動三維成像系統的三維影像生成方法，包括：步驟A：利用POS系統獲取平臺的位置姿態數據，利用主被動三維成像系統獲取激光測距數據以及影像數據；步驟B：基于所述平臺的位置姿態數據得到影像傳感器掃描時刻的位置姿態數據和激光雷達掃描時刻的位置姿態數據；步驟C：基于所述激光雷達掃描時刻的位置姿態數據和所述激光測距數據，利用激光雷達三維點云計算模型，得到激光雷達點云數據；步驟D：所述激光雷達點云數據與所述影像數據在像方匹配，并計算得到第一類影像像點的大地坐標和第二類影像像點的高程值，其中，所述第一類影像像點為所述激光雷達點云數據中的有效激光點對應的影像像點，所述第二類影像像點為所述影像數據中其余的沒有有效激光點對應的影像像點；以及步驟E：基于所述第二類影像像點的高程值和圖像坐標、所述影像傳感器掃描時刻的位置姿態數據和內方位元素得到第二類影像像點大地坐標，并基于所述第一類影像像點和第二類影像像點生成三維影像。