[發明專利]一種機載LiDAR點云數據與航空影像的自動配準方法

有效

• 申請號: 201811651300.0
• 申請日: 2018-12-31
• 公開（公告）號: CN109727278B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 梁菲;王慧芳;王錚堯
• 申請（專利權）人: 中煤航測遙感集團有限公司
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

本發明公開了一種機載LiDAR點云數據與航空影像的自動配準方法，包括步驟：一、點云數據與航空影像獲取及控制點外業實測；二、影像預處理；三、影像匹配；四、控制點像片坐標獲??；五、初次光束法區域網平差及外方位元素更新；六、點云數據與航空影像特征點匹配；七、待處理圖像特征點像片坐標計算；八、影像匹配；九、集合更新；十、光束法區域網平差及外方位元素更新；十一、自動配準結束判斷。本發明將航空影像的特征點與點云數據進行匹配實現機載LiDAR點云數據與航空影像的自動配準，能有效提高配準精度，并且計算量小，同時結合多個地面控制點的外業實測三維坐標進行配準，能有效適用于不同地形的點云數據與航空影像自動配準過程。

技術領域

本發明屬于航空攝影測量技術領域，尤其是涉及一種機載LiDAR點云數據與航空影像的自動配準方法。

背景技術

INSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar；簡稱：干涉雷達測量)技術可以快速獲取到高精度的數字表面模型(DSM)，經過數據處理后，已經被廣泛應用到電力、林業、數字城市等領域，其獲取的數據主要是離散激光點云(也稱為Lidar數據、機載Lidar數據、Lidar點云數據或點云數據)，具有高精度的空間幾何結構信息，但卻缺乏光譜信息，從而無法獲取地物專題數據。相反，傳統的影像數據能夠提供豐富的語義信息，因此將Lidar數據與影像聯合起來使用，能有效提高遙感數據產品的精度、拓展遙感應用的深度和廣度，是當前遙感領域的重要研究方向。

聯合利用影像和點云數據的關鍵步驟就是將兩者進行高精度配準，其中核心也是影像匹配技術。影像匹配是指通過一定的影像匹配算法在二維數據之間識別同名點，識別出的同名點也稱為影像連接點。影像匹配可以用于不用的領域中，如攝影測量處理、數字圖像處理、醫學圖像處理、遙感影像數據處理等方面，不同的應用領域對影像匹配有不同的要求。而點云數據與影像的配準是二維和三維數據之間的配準，不同于傳統的二維數據匹配。由于影像是二維的，而點云數據是三維的，所以在配準過程中需要將點云數據進行內插，導致匹配精度偏低。想要達到高精度的配準結果，要求匹配點的精確度高，精度需達到1個像素以內。在實際應用中，匹配算法往往受到影像噪聲、影像旋轉和影像變形等影響，尤其是在航空攝影中，由于地形起伏、中心投影的攝影方式及飛行環境的影響，使航攝影像旋轉及變形較大，使用現有的配準方法在自動處理過程中容易造成配準精確度不高的問題，因此需要使用精度高的配準模型。現有3D-3D的配準模型的數學表達和計算比較繁瑣，配準模型不嚴格等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種機載LiDAR點云數據與航空影像的自動配準方法，其方法步驟簡單、設計合理且實現方便、使用效果好，將所提取出的航空影像的特征點與點云數據進行匹配實現機載LiDAR點云數據與航空影像的自動配準，能有效提高配準精度，并且計算量小，同時結合多個地面控制點的外業實測三維坐標進行配準，能有效適用于不同地形的點云數據與航空影像自動配準過程。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種機載LiDAR點云數據與航空影像的自動配準方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、點云數據與航空影像獲取及控制點外業實測：采用機載LiDAR測量系統獲取待測量區域的點云數據，并將所獲取的點云數據傳送至數據處理設備；所述點云數據中包括待測量區域的多個測點及各測點的三維坐標；

同時，在被測量區域布設多個地面控制點，并對各地面控制點的三維坐標進行外業實測，獲得各地面控制點的實測三維坐標；再利用所布設的多個所述地面控制點，對被測量區域進行航空攝影測量，攝取被測量區域的多幅航空攝影圖像，將所獲取的多幅所述航空攝影圖像同步傳送至所述數據處理設備；每幅所述航空攝影圖像均為數字影像且其均為二維影像；