一种基于立体视觉的高精度激光测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高精度激光测量技术领域，具体设及到利用高分辨率光学影像立体视 觉信息，提高激光测高仪测量精度，进而获取高精度数字地面高程模型的技术和方法。
【背景技术】
[0002] 传统的地形图（大于1:2000比例尺外）主要是通过航空摄影测量的方法测绘的， 但航空摄影成像覆盖范围有限，测绘成本高、效率低。随着航天技术、计算机技术W及信息 处理技术的发展，卫星摄影测量成为地形图测绘的重要途径之一，我国已经利用光学测绘 卫星数据实现了 1 ;2. 5万比例尺地形图的测绘。但是地形图测绘的平面精度可W随着卫 星定轨、影像空间分辨率的提高明显改善，而提高高程测量精度已经成为测绘更大比例尺 地形图的瓶颈问题。利用高精度激光测高技术，结合摄影测量与遥感的立体视觉技术，可 W有效提高地形图高程测量精度。主要技术难点在于；1)星载激光测高仪成像光斑较大， 即使采用全回波激光测高仪，也无法直接提取激光光斑内不同平面位置的地形起伏变化情 况；2)如何利用高分辨率光学立体影像包含的地物空间信息，有效提高激光测高仪的测量 精度。针对上述难点，本项目提出基于立体视觉的高精度激光测量技术，W提高卫星摄影测 量地形图测绘的高程测量精度，满足大比例尺地形图测绘的精度要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的技术解决问题是；克服现有激光测距仪的测距数据在使用时精度难W满 足要求技术不足，提出一种基于立体视觉的高精度激光测量方法，解决了激光光斑影像与 高分辨率可见光影像匹配方法、光斑区域内相对地形模型的激光回波波形仿真方法，W及 高分辨率影像得到的相对高程值与激光测距仪得到的绝对高程平均值匹配算法。
[0004] 本发明的技术解决方案是；一种基于立体视觉的高精度激光测量方法步骤如下：
[0005] (1)利用激光光斑影像与高分辨率可见光影像进行影像匹配，获取激光光斑对应 的高分辨率光学影像上的位置和区域；
[0006] (2)根据步骤（1)激光光斑影像对应高分辨率光学影像上的区域，利用高分辨率 可见光前、后视影像数据，进行该区域内高分辨率光学影像的立体影像匹配，获取激光光斑 区域内划分的格网点同名像元坐标，再根据该格网点同名像元坐标，计算立体影像同名像 元的左右视差，设定相对高程平均值为0,得到激光光斑区域内n个格网点对应的相对高 程值心即满盾
【主权项】
1. 一种基于立体视觉的高精度激光测量方法，其特征在于步骤如下： (1) 利用激光光斑影像与高分辨率可见光影像进行影像匹配，获取激光光斑对应的高 分辨率光学影像上的位置和区域； (2) 根据步骤（1)激光光斑影像对应高分辨率光学影像上的区域，利用高分辨率可见 光前、后视影像数据，进行该区域内高分辨率光学影像的立体影像匹配，获取激光光斑区域 内划分的格网点同名像元坐标，再根据该格网点同名像元坐标，计算立体影像同名像元的 左右视差，设定相对高程平均值为0,得到激光光斑区域内n个格网点对应的相对高程值 比，即满足
i= 1.2?n，n为非零正整数，以恢复激光光斑区域内相对地形模型； (3) 根据步骤（2)恢复的激光光斑区域内相对地形模型，利用激光光斑强度图像与光 斑区域内相对地形模型进行激光回波仿真，得到激光光斑区域的仿真回波的波形，并通过 积分求解得到该激光光斑区域的仿真回波的重心位置； (4) 利用激光测距仪获取回波全波形数据，对该回波全波形数据进行积分并求解得到 该回波的重心位置，再由该回波的重心位置对时刻与激光出射时刻的差值确定激光总计飞 行时间AT，通过公式L=l/2cAT确定激光测距值L，c为光速，进而确定对应点的绝对高 程平均值互； (5) 利用步骤（3)的激光光斑区域的仿真回波的重心位置和步骤（4)激光测距仪获取 的回波的重心位置进行匹配，并根据步骤（2)得到的相对高程值匕和步骤（4)得到的绝对 高程平均值77进行计算，求出激光光斑区域内格网点对应的绝对高程值。
2. 根据权利要求1所述的一种基于立体视觉的高精度激光测量方法，其特征在于所述 步骤（1)的步骤如下： (1) 利用高分辨率影像，对激光光斑区域内高分辨率可见光影像进行灰度重采样，得到 与激光光斑的影像分辨率一致的高分辨率可见光影像； (2) 利用步骤（1)得到的灰度重采样的与激光光斑的影像分辨率一致的高分辨率可见 光影像，以激光光斑的影像作为待匹配目标，利用灰度相关方法，在激光光斑区域内高分辨 率可见光影像范围内进行搜索匹配，确定激光光斑影像在高分辨率影像上所对应的位置和 区域。
3. 根据权利要求1所述的一种基于立体视觉的高精度激光测量方法，其特征在于所述 步骤（5)的步骤如下： (1) 根据激光回波与仿真的激光回波波形的相似性，利用相关系数法，对激光回波与仿 真的回波进行匹配，从而确定光斑区域的绝对高程平均值.77; (2) 利用步骤（1)所得光斑区域的绝对高程平均值F,对于光斑区域内任意高程模型 格网点Pi，该任意高程模型格网APi的绝对高程&等于步骤（1)所得光斑区域的绝对高程 平均值77与相对高程值hi之和，g卩//,. =77+//,.,对所有格网点进行以上计算，即得到光斑 区域内绝对高程模型即绝对高程值。
【专利摘要】本发明一种基于立体视觉的高精度激光测量方法，具体涉及到利用遥感影像立体影像信息，提高激光测距仪使用精度，进而获取高精度地面高程信息的方法。分四个步骤：(1)利用激光光斑影像和高分辨率影像信息，获取高分辨率光学影像上的激光光斑位置；(2)利用高分辨率前后视影像数据，获取光斑区域内地形的相对数字高程模型；(3)利用步骤(2)得到的相对数字高程模型，模拟仿真光斑区域激光回波波形；(4)利用激光测距仪的测距信息，确定获取光斑区域内绝对高程平均值；(5)利用步骤(3)的仿真波形数据和步骤(4)测距回波全波形数据，获取高分辨率光学影像上各格网点对应的精确绝对高程值。
【IPC分类】G01C5-00
【公开号】CN104567801
【申请号】CN201410844580
【发明人】孙世君, 余俊鹏, 吴强
【申请人】北京空间机电研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日