[發明專利]一種基于偏振三維成像的遙感地形三維測繪方法

在審

• 申請號: 202310484598.5
• 申請日: 2023-04-28
• 公開（公告）號: CN116576827A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 李軒;祝錦濤;邵曉鵬;蔡玉棟;劉志強;吳秉松;宋家偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;西安電子科技大學杭州研究院
• 主分類號: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 王丹

本發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：采集不同目標地形區域的偏振圖像；計算目標地形區域表面的偏振度以及入射光的入射角、方位角；構建法向量與入射光的入射角、方位角之間的第一映射關系，獲得第一法向量信息；計算太陽的天頂角與方位角，構建光源矢量與天頂角、方位角之間的第二映射關系，獲得目標地形區域表面的光源矢量；構建目標地形區域表面的輻射模型，并計算先驗法向量信息；基于先驗法向量信息對第一法向量信息進行修正，得到修正法向量信息；根據修正法向量信息和預設角度下不同目標地形區域的偏振圖像，進行目標區域的三維場景重建。本發明可以實現大場景下的衛星遙感地形三維重建，提高了運算速度。

技術領域

本發明屬于遙感成像技術領域，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

航天光學遙感技術通常指利用衛星、航天飛機等在高空對地面上的目標進行遠距離的探測，通常衛星平臺搭載著空間相機或成像光譜儀等設備來收集目標所反射或發射出的輻射信息，利用所捕獲到的信息進行光電轉換、信息處理等來實現目標的監測。同時，利用衛星遙感影像的優勢，在國土資源統計與監測、災情監測與城市變遷等領域有著重要應用。隨著科技水平的飛速發展，原始的二維遙感影像已無法滿足應用需求，因此，需要尋求一種三維成像技術來對地形建立三維重建模型，而三維重建的主要目標是通過計算獲取目標區域地形的數字高程信息。

目前，常見的三維重建方法是利用航空航天影像結合攝影測量理論，通過獲取立體像對進行三維重建，其中，遙感衛星的立體像對是指對相同目標區域從不同的角度進行拍攝，獲取到兩幅或者多幅圖像，再利用模擬人眼的立體視覺，最終實現目標地形區域的三維重建。通過確定立體像對的內、外方位元素，結合共線條件以及兩幅或多幅匹配圖像(通常是同一衛星對同一目標區域不同角度所拍攝得到的多幅，具有一定重疊區域的圖像)上的像點坐標進行影像匹配，得到立體像對上的同名像點，再進一步構建出兩條同名射線，通過兩條同名射線的交點即可計算出對應地面點的三維坐標，最終實現基于立體像對的三維重建。

由于衛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數量往往會存在極大的限制，導致最終重建效果受到影響；另外，雖然影像匹配方法較多，但其往往存在對噪聲與光照影響精度與算法運行速度上無法同時兼顧的缺陷；再者，由于基于立體像對遙感影像三維重建技術匹配時往往需要多幅圖片中包含相同的重疊區域，因此對于大范圍大場景的目標區域拼接往往較為繁瑣復雜，無法高效精確實現。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發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。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發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：

采集預設角度下不同目標地形區域的偏振圖像；

針對每個目標地形區域，計算目標地形區域表面的偏振度，并根據所述偏振度計算所述目標地形區域表面的入射光的入射角θ和方位角

根據所述入射角θ和所述方位角構建所述目標地形區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系，獲得第一法向量信息；

計算太陽的天頂角θ_z與方位角θ_s，構建光源矢量與所述天頂角θ_z及所述方位角θ_s之間的第二映射關系，獲得所述目標地形區域表面的光源矢量；

構建所述目標地形區域表面的輻射模型，并結合所述目標地形區域表面的光源矢量計算先驗法向量信息；

基于所述先驗法向量信息對所述第一法向量信息進行修正，得到所述目標地形區域表面的修正法向量信息；

根據所述修正法向量信息和所述預設角度下不同目標地形區域的偏振圖像，進行目標區域的三維場景重建。