[发明专利]基于主被动三维成像系统的三维影像生成方法

说明书

本发明提供了一种基于主被动三维成像系统的三维影像生成方法，首先获取平台的位置姿态数据、激光测距数据以及影像数据；接着得到影像传感器扫描时刻的位置姿态数据和激光雷达扫描时刻的位置姿态数据；再得到激光雷达点云数据；然后激光雷达点云数据与影像数据在像方匹配，并计算得到第一类影像像点的大地坐标和第二类影像像点的高程值，并生成三维影像，本发明基于主被动三维成像系统这一类新型载荷，将激光雷达点云数据与影像数据在像方匹配，匹配效率高、自动化程度高；实时性好，在处理速度上相比其它三维影像生成方法有极大的优势，适用于机载、星载等各种平台，对大区域城区/山区三维建模具有良好效果。

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，尤其涉及一种基于主被动三维成像系统的三维影像生成方法。

背景技术

激光雷达技术是近年来飞速发展的一项快速获取地表三维信息的遥感技术，然而激光点云数据是离散的，且采用单色主动探测方式，其灰度值不能很好的反映地物的真实纹理信息。鉴于此，基于激光雷达数据与影像数据融合的相关研究与应用得到了广泛关注。但是由于激光雷达点云与光学影像所反映的地物属性特征完全不同，目前的配准算法在性能、普适性等方面还存在诸多问题，具体表现在多数方法适用于城市中具有较多规则形状目标的区域，同名特征的提取自动化程度不高，同名特征提取、离散激光点的空间搜索等过程制约激光点云与影像配准速度等方面。

在此情况下，一种集成了激光雷达系统与相机的主被动三维成像系统应运而生。该系统包含线阵激光雷达系统与线阵相机两类传感器，采用线阵推扫的方式对目标扫描成像。通过时间同步控制单元，使得激光雷达系统发射时刻与相机采样时刻保持固定倍频关系，保证在飞行方向上激光扫描行与相机扫描行的固定对应关系；通过实验室光轴对准，使得激光探元与相机探测器像元一一对应，保证在垂直于飞行方向上激光点与影像像点之间的对应关系。从系统设计的角度即保证了激光雷达点与影像像点的准确对应，从而减少在数据匹配融合中的计算量，使激光点云与影像的自动实时匹配成为可能。

目前对于机载影像和激光点云数据生成三维影像主要利用面阵影像数据，一般方法是将影像和激光点云数据分别处理生成正射影像以及DEM，再进行套合。首先通过时间同步分别获得影像与激光雷达扫描时刻的位置姿态数据；之后将激光测距数据处理生成激光点云数据，进而生成DEM数据；同时对影像数据进行几何纠正，得到正射影像。在影像几何纠正的过程中，可以利用激光雷达点云生成的DEM，也可以利用影像前方交会生成的DEM。最后将DEM数据与正射影像数据进行叠加，得到三维影像。该方法步骤繁多，尤其是对于面阵影像的处理，难以满足应急任务中实时处理要求。对于机载线阵影像和激光点云数据生成三维影像的方法，目前尚未见报道，但也可沿用上述处理思路。因此有必要探索一种高效、适应度广的三维影像实时生成方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种基于主被动三维成像系统的三维影像生成方法。

(二)技术方案

本发明提供了一种基于主被动三维成像系统的三维影像生成方法，包括：步骤A：利用POS系统获取平台的位置姿态数据，利用主被动三维成像系统获取激光测距数据以及影像数据；步骤B：基于所述平台的位置姿态数据得到影像传感器扫描时刻的位置姿态数据和激光雷达扫描时刻的位置姿态数据；步骤C：基于所述激光雷达扫描时刻的位置姿态数据和所述激光测距数据，利用激光雷达三维点云计算模型，得到激光雷达点云数据；步骤D：所述激光雷达点云数据与所述影像数据在像方匹配，并计算得到第一类影像像点的大地坐标和第二类影像像点的高程值，其中，所述第一类影像像点为所述激光雷达点云数据中的有效激光点对应的影像像点，所述第二类影像像点为所述影像数据中其余的没有有效激光点对应的影像像点；以及步骤E：基于所述第二类影像像点的高程值和图像坐标、所述影像传感器扫描时刻的位置姿态数据和内方位元素得到第二类影像像点大地坐标，并基于所述第一类影像像点和第二类影像像点生成三维影像。