專利名稱：基于影像坐標(biāo)映射的sar立體模型構(gòu)建與量測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測繪技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于影像坐標(biāo)映射的SAR立體模型構(gòu)建與量測方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)作為一種主動式的微波傳感器， 具有全天候、全天時實現(xiàn)對地觀測的工作能力，SAR測圖技術(shù)已經(jīng)成為解決多云霧地區(qū)的地形圖數(shù)據(jù)獲取的重要技術(shù)手段之一。通過構(gòu)建SAR數(shù)字立體觀測環(huán)境進行地形、地物要素采集從而獲取地形圖，是SAR測圖的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)字立體測圖的基礎(chǔ)是獲得理想立體模型，理想立體模型需要滿足兩個條件一是理想立體像對，即消除像對的上下視差，重建左右視差，從而能夠獲得立體視覺；二是三維信息量測模型，即能夠從模型中量測獲取精確地物三維地理信息。立體視覺的建立和三維信息的獲取都是通過立體觀測來實現(xiàn)的，從不同角度對同一地區(qū)進行觀測，可以構(gòu)建立體觀測模型，獲得地物的三維信息。無論是光學(xué)影像，還是SAR影像都能實現(xiàn)立體觀測。光學(xué)影像通過核線重采樣能夠消除上下視差，構(gòu)建理想像對實現(xiàn)立體觀測。然而，對于SAR立體觀測來說，由于其采用斜距投影成像方式，不存在核線，因而不易消除像對上下視差，同時其形成的立體視覺和人眼的觀測習(xí)慣不一致，對于立體量測和解譯都是不便的。SAR數(shù)字立體測圖的實現(xiàn)在很早的時候就已經(jīng)被提出研究，國內(nèi)外研究人員已經(jīng)提出了一系列SAR理想立體模型的構(gòu)建方法，但是構(gòu)建的立體模型普遍存在立體觀測效果不佳或量測模型不夠嚴(yán)密等問題。

發(fā)明內(nèi)容
數(shù)字立體測圖的基礎(chǔ)是獲得理想立體模型，理想立體模型需要滿足兩個條件一是理想立體像對，即消除像對的上下視差，重建左右視差，從而能夠獲得立體視覺；二是三維信息量測模型，即能夠從模型中量測獲取精確地物三維地理信息。SAR由于其斜距投影成像方式，不存在核線而不易消除上下視差，同時其形成的立體視覺和人眼的觀測習(xí)慣不一致，因此利用SAR影像構(gòu)建用于數(shù)字立體測圖的理想立體模型相對比較困難。因此，本發(fā)明為了實現(xiàn)SAR數(shù)字立體測圖，提出了一種基于影像坐標(biāo)映射的SAR立體模型構(gòu)建與量測方法，既能夠獲得較好的立體視覺效果，同時通過構(gòu)建嚴(yán)密的量測模型獲取高精度三維地理信息。本發(fā)明所述的基于影像坐標(biāo)映射的SAR立體模型構(gòu)建與量測方法，其特征在于， 包括以下步驟步驟1 由原始的SAR立體像對，根據(jù)DEM(Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型)進行影像模擬消除上下視差，生成理想立體像對；步驟2 根據(jù)模擬成像模型和SAR構(gòu)像模型，在所述影像模擬的基礎(chǔ)上，通過保存高程查找表和構(gòu)建影像坐標(biāo)三角網(wǎng)(TIN)建立模擬影像和原始影像的坐標(biāo)映射關(guān)系；
步驟3 構(gòu)建三維坐標(biāo)量測模型，實現(xiàn)SAR數(shù)字立體量測。優(yōu)選地，所述步驟1生成的理想立體像對包括左、右模擬立體影像。其中，所述左、 右模擬立體影像是將斜距投影的SAR影像模擬為中心投影的模擬影像。進一步優(yōu)選地，所述步驟1進行的影像模擬包括建立SAR立體像對的原始影像與模擬影像間的坐標(biāo)映射關(guān)系，然后基于DEM的高程信息進行灰度重采樣得到所述左、右模擬立體圖像。其中，所述重采樣基于DEM沿相同的方向進行從而消除影像間的上下視差而重建左右視差。在重采樣過程中將迭代得到的高程值保存在與模擬影像相對應(yīng)的高程查找表中用于立體量測模型的構(gòu)建。優(yōu)選地，步驟2中所述建立模擬影像和原始影像的坐標(biāo)映射關(guān)系包括首先由模擬影像的點坐標(biāo)(is，js)根據(jù)中心投影幾何模型計算中間地理坐標(biāo)(Xp，Yp，hp)，然后由中間地理坐標(biāo)(Xp, Yp, hp)計算原始影像的點坐標(biāo)(i0，j0)。進一步優(yōu)選地，所述中間地理坐標(biāo)的計算公式為Yp = Y0+Qis-js) · mryXp = xf · (Η-hp) /f+Xso其中hP根據(jù)模擬影像坐標(biāo)(is，js)在相對應(yīng)的高程查找表中獲得的高程值，hs 為模擬影像高度，^為目標(biāo)點像方坐標(biāo)，f為模擬焦距，H為航高，Ytl為成像區(qū)域方位向起始地理坐標(biāo)，Is。為模擬航跡在投影方向起始地理坐標(biāo)，mrx, m”為兩個方向分辨率，Xf = xA+is · mrx · f/H0進一步優(yōu)選地，步驟2中所述建立模擬影像和原始影像的坐標(biāo)映射關(guān)系進一步包括將模擬影像的點坐標(biāo)(is，js)分別作為原始影像點的兩種數(shù)值屬性，由模擬影像進行網(wǎng)格采樣得到的原始影像的像點，構(gòu)建三角網(wǎng)(TIN)，然后根據(jù)規(guī)則格網(wǎng)間隔進行插值，得到原始影像到模擬影像在影像坐標(biāo)映射表。優(yōu)選地，所述步驟3的SAR數(shù)字立體量測包括物方驅(qū)動和像方驅(qū)動模式?；诒景l(fā)明上述方法制作的SAR立體模型，立體觀測效果良好，能夠用于數(shù)字立體測圖，進行地形、地物要素采集，精度能滿足測圖要求。利用實際機載SAR立體數(shù)據(jù)進行測圖試驗表明，本發(fā)明的方法能夠取得很好效果。


圖1是本發(fā)明實施例的理想立體像對示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的影像模擬的基本原理示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的中心投影幾何模型；圖4是本發(fā)明實施例的影像坐標(biāo)三角網(wǎng)內(nèi)插過程；圖5A-B本發(fā)明實施例的立體驅(qū)動模式流程示意圖。
具體實施例方式為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合具體實施方式
并配合附圖詳予說明。SAR數(shù)字立體測圖的基礎(chǔ)是理想立體模型，建立理想立體模型首先需要構(gòu)造理想立體像對，即消除原始立體像對的上下視差，重建左右視差，從而能夠獲得立體視覺。SAR由于其斜距投影成像方式而不易消除上下視差，因此利用SAR的原始影像構(gòu)建用于數(shù)字立體測圖的理想立體模型相對比較困難。本發(fā)明所述的基于影像坐標(biāo)映射的SAR立體模型構(gòu)建與量測方法，包括以下步驟1)實現(xiàn)理想立體像對的制作步驟1 由原始的SAR立體像對，根據(jù)DEM(Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型)進行影像模擬消除上下視差，生成理想立體像對。通過影像模擬生成的理想立體像對如圖1所示，其中理想立體像對由左右模擬立體影像組成，左右模擬立體影像消除了原始立體像對的上下視差，重建左右視差，用于產(chǎn)生立體視覺。圖2是本發(fā)明實施例的影像模擬的基本原理示意圖。模擬立體影像的制作是將斜距投影的SAR原始影像模擬成中心投影的模擬影像。影像模擬的基礎(chǔ)是DEM，為了獲得立體影像，必須將DEM格網(wǎng)點的(X，Y，h)坐標(biāo)用中心投影共線方程變換到立體影像上去。影像模擬是一個重采樣的過程，關(guān)鍵在于建立原始影像和模擬影像間的坐標(biāo)映射關(guān)系，然后基于DEM的高程信息進行灰度重采樣得到模擬立體影像。模擬影像重采樣基于DEM沿相同方向進行的，從而影像間上下視差將被消除，左右視差得到重建。重采樣過程中，將迭代得到的高程值保存在與模擬影像相對應(yīng)的高程查找表中，用于立體量測模型的構(gòu)建。2)影像坐標(biāo)映射步驟2 根據(jù)模擬成像模型和SAR構(gòu)像模型，在所述影像模擬的基礎(chǔ)上，通過保存高程查找表和構(gòu)建影像坐標(biāo)三角網(wǎng)(TIN)建立模擬影像和原始影像的坐標(biāo)映射關(guān)系。步驟1中由SAR原始影像生成了模擬影像的基礎(chǔ)上，在本步驟2中通過建立模擬影像的圖像坐標(biāo)和原始影像的圖像坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，實現(xiàn)將模擬立體像對視差換算為原始影像視差。由模擬影像坐標(biāo)到原始SAR影像坐標(biāo)映射，主要根據(jù)模擬成像模型和模擬重采樣獲得的高程查找表。首先由模擬影像點(is，js)，根據(jù)中心投影幾何模型，計算中間地理坐標(biāo)(Xp, Yp, hp)。然后根據(jù)R-D模型，由(Xp, Yp, hp)計算原始SAR影像點坐標(biāo)(i0，j。)。圖3是本發(fā)明實施例的中心投影幾何模型。其中中間地理坐標(biāo)0(P，YP，hP)計算有公式Y(jié)p = Y0+(hs-js) · niryXp = xf · (Η-hp) /f+XS0其中hP根據(jù)影像坐標(biāo)(is，js)在高程查找表中獲得，hs為模擬影像高度，^ca為目標(biāo)點像方坐標(biāo)，f為模擬焦距，H為航高，Ytl為成像區(qū)域方位向起始地理坐標(biāo)，Is。為模擬航跡在投影方向起始地理坐標(biāo)，mrx, mry為兩個方向分辨率，xf = xA+is · mrx · f/H。步驟2中所述建立模擬影像和原始SAR影像的坐標(biāo)映射關(guān)系主要通過建立影像坐標(biāo)映射表實現(xiàn)。對任意一個模擬影像點(is，js)，根據(jù)高程查找表獲得高程hs，可以計算出相應(yīng)的原始影像點坐標(biāo)(i。，j。)。將模擬影像的點坐標(biāo)(is，js)分別作為原始影像點的兩種數(shù)值屬性，由模擬影像進行網(wǎng)格采樣得到的原始影像的像點，構(gòu)建如圖4所示的三角網(wǎng) (TIN)，然后根據(jù)規(guī)則格網(wǎng)間隔進行插值，得到原始影像到模擬影像在影像坐標(biāo)映射表?；谟成浔?，可以由任意一個原始影像點，找到對應(yīng)得模擬影像點。上述基于影像坐標(biāo)的三角網(wǎng)內(nèi)插過程如圖4所示。
3)立體模型量測步驟3 構(gòu)建三維坐標(biāo)量測模型，實現(xiàn)SAR數(shù)字立體量測。數(shù)字立體測量有物方驅(qū)動和像方驅(qū)動兩種模式。像方驅(qū)動時，是由觀測的影像坐標(biāo)(模擬影像坐標(biāo))計算地理坐標(biāo)，其過程是根據(jù)模擬成像模型和高程查找表，由模擬影像坐標(biāo)計算原始影像坐標(biāo)，再根據(jù) SAR立體幾何模型，由原始影像坐標(biāo)計算地理坐標(biāo)，其驅(qū)動流程如圖5A的所示。物方驅(qū)動時，由地理坐標(biāo)根據(jù)SAR幾何構(gòu)像模型，計算原始影像點影像坐標(biāo)，再根據(jù)影像坐標(biāo)映射表得到模擬影像點影像坐標(biāo)，其驅(qū)動流程如圖5B所示。綜上，基于本發(fā)明上述方法制作的SAR立體模型，立體觀測效果良好，能夠用于數(shù)字立體測圖，進行地形、地物要素采集，精度能滿足測圖要求。利用實際機載SAR立體數(shù)據(jù)進行測圖試驗表明，本發(fā)明的方法能夠取得很好效果。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于影像坐標(biāo)映射的SAR立體模型構(gòu)建與量測方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 由原始的SAR立體像對，根據(jù)DEM(數(shù)字高程模型)進行影像模擬消除上下視差，生成理想立體像對；步驟2 根據(jù)模擬成像模型和SAR構(gòu)像模型，在所述影像模擬的基礎(chǔ)上，通過保存高程查找表和構(gòu)建影像坐標(biāo)三角網(wǎng)(TIN)建立模擬影像和原始影像的坐標(biāo)映射關(guān)系；步驟3 構(gòu)建三維坐標(biāo)量測模型，實現(xiàn)SAR數(shù)字立體量測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1生成的理想立體像對包括左、 右模擬立體影像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述左、右模擬立體影像是將斜距投影的 SAR影像模擬為中心投影的模擬影像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟1進行的影像模擬包括建立 SAR立體像對的原始影像與模擬影像間的坐標(biāo)映射關(guān)系，然后基于DEM的高程信息進行灰度重采樣得到所述左、右模擬立體圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述重采樣基于DEM沿相同的方向進行從而消除影像間的上下視差而重建左右視差。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在重采樣過程中將迭代得到的高程值保存在與模擬影像相對應(yīng)的高程查找表中用于立體量測模型的構(gòu)建。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中所述建立模擬影像和原始影像的坐標(biāo)映射關(guān)系包括首先由模擬影像的點坐標(biāo)(is，js)根據(jù)中心投影幾何模型計算中間地理坐標(biāo)(Xp, Yp, hp)，然后由中間地理坐標(biāo)(Xp, Yp, hp)計算原始影像的點坐標(biāo)(i0，j0)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述中間地理坐標(biāo)的計算公式為 Yp = V (hs-js) · mryXp = xf · (Η-hp) /Mso其中hP根據(jù)模擬影像坐標(biāo)(is，js)在相對應(yīng)的高程查找表中獲得的高程值，hs為模擬影像高度，xA為目標(biāo)點像方坐標(biāo)，f為模擬焦距，H為航高，Y0為成像區(qū)域方位向起始地理坐標(biāo)，夂s。為模擬航跡在投影方向起始地理坐標(biāo)，mM，m,y為兩個方向分辨率， =xA+is -Iiirx -f/ H0
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟2中所述建立模擬影像和原始影像的坐標(biāo)映射關(guān)系進一步包括將模擬影像的點坐標(biāo)(is，js)分別作為原始影像點的兩種數(shù)值屬性，由模擬影像進行網(wǎng)格采樣得到的原始影像的像點，構(gòu)建三角網(wǎng)(TIN)，然后根據(jù)規(guī)則格網(wǎng)間隔進行插值，得到原始影像到模擬影像在影像坐標(biāo)映射表。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3的SAR數(shù)字立體量測包括物方驅(qū)動和像方驅(qū)動模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于影像坐標(biāo)映射的SAR立體模型構(gòu)建與量測方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1由原始的SAR立體像對，根據(jù)DEM(Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型)進行影像模擬消除上下視差，生成理想立體像對；步驟2根據(jù)模擬成像模型和SAR構(gòu)像模型，在所述影像模擬的基礎(chǔ)上，通過保存高程查找表和構(gòu)建影像坐標(biāo)三角網(wǎng)(TIN)建立模擬影像和原始影像的坐標(biāo)映射關(guān)系；步驟3構(gòu)建三維坐標(biāo)量測模型，實現(xiàn)SAR數(shù)字立體量測?；诒景l(fā)明上述方法制作的SAR立體模型，立體觀測效果良好，能夠用于數(shù)字立體測圖，進行地形、地物要素采集，精度能滿足測圖要求。
文檔編號G01S13/90GK102520406SQ20111042903
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者張繼賢, 楊書成, 段連飛, 趙爭, 黃國滿 申請人:中國測繪科學(xué)研究院