[發(fā)明專利]一種基于偏振三維成像的遙感地形三維測繪方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310484598.5
• 申請(qǐng)日: 2023-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN116576827A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李軒;祝錦濤;邵曉鵬;蔡玉棟;劉志強(qiáng);吳秉松;宋家偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué);西安電子科技大學(xué)杭州研究院
• 主分類號(hào): G01C11/04
• 分類號(hào): G01C11/04
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開了一種基于偏振三維成像的遙感地形三維測繪方法，包括：采集不同目標(biāo)地形區(qū)域的偏振圖像；計(jì)算目標(biāo)地形區(qū)域表面的偏振度以及入射光的入射角、方位角；構(gòu)建法向量與入射光的入射角、方位角之間的第一映射關(guān)系，獲得第一法向量信息；計(jì)算太陽的天頂角與方位角，構(gòu)建光源矢量與天頂角、方位角之間的第二映射關(guān)系，獲得目標(biāo)地形區(qū)域表面的光源矢量；構(gòu)建目標(biāo)地形區(qū)域表面的輻射模型，并計(jì)算先驗(yàn)法向量信息；基于先驗(yàn)法向量信息對(duì)第一法向量信息進(jìn)行修正，得到修正法向量信息；根據(jù)修正法向量信息和預(yù)設(shè)角度下不同目標(biāo)地形區(qū)域的偏振圖像，進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的三維場景重建。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)大場景下的衛(wèi)星遙感地形三維重建，提高了運(yùn)算速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于遙感成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于偏振三維成像的遙感地形三維測繪方法。

背景技術(shù)

航天光學(xué)遙感技術(shù)通常指利用衛(wèi)星、航天飛機(jī)等在高空對(duì)地面上的目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的探測，通常衛(wèi)星平臺(tái)搭載著空間相機(jī)或成像光譜儀等設(shè)備來收集目標(biāo)所反射或發(fā)射出的輻射信息，利用所捕獲到的信息進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、信息處理等來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的監(jiān)測。同時(shí)，利用衛(wèi)星遙感影像的優(yōu)勢，在國土資源統(tǒng)計(jì)與監(jiān)測、災(zāi)情監(jiān)測與城市變遷等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。隨著科技水平的飛速發(fā)展，原始的二維遙感影像已無法滿足應(yīng)用需求，因此，需要尋求一種三維成像技術(shù)來對(duì)地形建立三維重建模型，而三維重建的主要目標(biāo)是通過計(jì)算獲取目標(biāo)區(qū)域地形的數(shù)字高程信息。

目前，常見的三維重建方法是利用航空航天影像結(jié)合攝影測量理論，通過獲取立體像對(duì)進(jìn)行三維重建，其中，遙感衛(wèi)星的立體像對(duì)是指對(duì)相同目標(biāo)區(qū)域從不同的角度進(jìn)行拍攝，獲取到兩幅或者多幅圖像，再利用模擬人眼的立體視覺，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)地形區(qū)域的三維重建。通過確定立體像對(duì)的內(nèi)、外方位元素，結(jié)合共線條件以及兩幅或多幅匹配圖像(通常是同一衛(wèi)星對(duì)同一目標(biāo)區(qū)域不同角度所拍攝得到的多幅，具有一定重疊區(qū)域的圖像)上的像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行影像匹配，得到立體像對(duì)上的同名像點(diǎn)，再進(jìn)一步構(gòu)建出兩條同名射線，通過兩條同名射線的交點(diǎn)即可計(jì)算出對(duì)應(yīng)地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)基于立體像對(duì)的三維重建。

由于衛(wèi)星遙感圖像地形多為山地且起伏較大，影像匹配得到的同名點(diǎn)數(shù)量往往會(huì)存在極大的限制，導(dǎo)致最終重建效果受到影響；另外，雖然影像匹配方法較多，但其往往存在對(duì)噪聲與光照影響精度與算法運(yùn)行速度上無法同時(shí)兼顧的缺陷；再者，由于基于立體像對(duì)遙感影像三維重建技術(shù)匹配時(shí)往往需要多幅圖片中包含相同的重疊區(qū)域，因此對(duì)于大范圍大場景的目標(biāo)區(qū)域拼接往往較為繁瑣復(fù)雜，無法高效精確實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于偏振三維成像的遙感地形三維測繪方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種基于偏振三維成像的遙感地形三維測繪方法，包括：

采集預(yù)設(shè)角度下不同目標(biāo)地形區(qū)域的偏振圖像；

針對(duì)每個(gè)目標(biāo)地形區(qū)域，計(jì)算目標(biāo)地形區(qū)域表面的偏振度，并根據(jù)所述偏振度計(jì)算所述目標(biāo)地形區(qū)域表面的入射光的入射角θ和方位角

根據(jù)所述入射角θ和所述方位角構(gòu)建所述目標(biāo)地形區(qū)域表面的法向量與所述入射角θ及所述方位角之間的第一映射關(guān)系，獲得第一法向量信息；

計(jì)算太陽的天頂角θ_z與方位角θ_s，構(gòu)建光源矢量與所述天頂角θ_z及所述方位角θ_s之間的第二映射關(guān)系，獲得所述目標(biāo)地形區(qū)域表面的光源矢量；

構(gòu)建所述目標(biāo)地形區(qū)域表面的輻射模型，并結(jié)合所述目標(biāo)地形區(qū)域表面的光源矢量計(jì)算先驗(yàn)法向量信息；

基于所述先驗(yàn)法向量信息對(duì)所述第一法向量信息進(jìn)行修正，得到所述目標(biāo)地形區(qū)域表面的修正法向量信息；

根據(jù)所述修正法向量信息和所述預(yù)設(shè)角度下不同目標(biāo)地形區(qū)域的偏振圖像，進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的三維場景重建。