專利名稱：基于影像坐標映射的sar立體模型構建與量測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測繪技術領域，更具體地，涉及一種基于影像坐標映射的SAR立體模型構建與量測方法。
背景技術：
合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)作為一種主動式的微波傳感器， 具有全天候、全天時實現對地觀測的工作能力，SAR測圖技術已經成為解決多云霧地區(qū)的地形圖數據獲取的重要技術手段之一。通過構建SAR數字立體觀測環(huán)境進行地形、地物要素采集從而獲取地形圖，是SAR測圖的關鍵技術之一。數字立體測圖的基礎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的，從不同角度對同一地區(qū)進行觀測，可以構建立體觀測模型，獲得地物的三維信息。無論是光學影像，還是SAR影像都能實現立體觀測。光學影像通過核線重采樣能夠消除上下視差，構建理想像對實現立體觀測。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慣不一致，對于立體量測和解譯都是不便的。SAR數字立體測圖的實現在很早的時候就已經被提出研究，國內外研究人員已經提出了一系列SAR理想立體模型的構建方法，但是構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密等問題。

發(fā)明內容
數字立體測圖的基礎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慣不一致，因此利用SAR影像構建用于數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SAR數字立體測圖，提出了一種基于影像坐標映射的SAR立體模型構建與量測方法，既能夠獲得較好的立體視覺效果，同時通過構建嚴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映射的SAR立體模型構建與量測方法，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DEM(Digital Elevation Model，數字高程模型)進行影像模擬消除上下視差，生成理想立體像對；步驟2 根據模擬成像模型和SAR構像模型，在所述影像模擬的基礎上，通過保存高程查找表和構建影像坐標三角網(TIN)建立模擬影像和原始影像的坐標映射關系；
步驟3 構建三維坐標量測模型，實現SAR數字立體量測。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映射關系，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的高程查找表中用于立體量測模型的構建。優(yōu)選地，步驟2中所述建立模擬影像和原始影像的坐標映射關系包括首先由模擬影像的點坐標(is，js)根據中心投影幾何模型計算中間地理坐標(Xp，Yp，hp)，然后由中間地理坐標(Xp, Yp, hp)計算原始影像的點坐標(i0，j0)。進一步優(yōu)選地，所述中間地理坐標的計算公式為Yp = Y0+Qis-js) · mryXp = xf · (Η-hp) /f+Xso其中hP根據模擬影像坐標(is，js)在相對應的高程查找表中獲得的高程值，hs 為模擬影像高度，^為目標點像方坐標，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，Is。為模擬航跡在投影方向起始地理坐標，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映射關系進一步包括將模擬影像的點坐標(is，js)分別作為原始影像點的兩種數值屬性，由模擬影像進行網格采樣得到的原始影像的像點，構建三角網(TIN)，然后根據規(guī)則格網間隔進行插值，得到原始影像到模擬影像在影像坐標映射表。優(yōu)選地，所述步驟3的SAR數字立體量測包括物方驅動和像方驅動模式?；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立體數據進行測圖試驗表明，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三角網內插過程；圖5A-B本發(fā)明實施例的立體驅動模式流程示意圖。
具體實施例方式為詳細說明本發(fā)明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合具體實施方式
并配合附圖詳予說明。SAR數字立體測圖的基礎是理想立體模型，建立理想立體模型首先需要構造理想立體像對，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的原始影像構建用于數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映射的SAR立體模型構建與量測方法，包括以下步驟1)實現理想立體像對的制作步驟1 由原始的SAR立體像對，根據DEM(Digital Elevation Model，數字高程模型)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。影像模擬的基礎是DEM，為了獲得立體影像，必須將DEM格網點的(X，Y，h)坐標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，關鍵在于建立原始影像和模擬影像間的坐標映射關系，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的高程查找表中，用于立體量測模型的構建。2)影像坐標映射步驟2 根據模擬成像模型和SAR構像模型，在所述影像模擬的基礎上，通過保存高程查找表和構建影像坐標三角網(TIN)建立模擬影像和原始影像的坐標映射關系。步驟1中由SAR原始影像生成了模擬影像的基礎上，在本步驟2中通過建立模擬影像的圖像坐標和原始影像的圖像坐標之間的映射關系，實現將模擬立體像對視差換算為原始影像視差。由模擬影像坐標到原始SAR影像坐標映射，主要根據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)，根據中心投影幾何模型，計算中間地理坐標(Xp, Yp, hp)。然后根據R-D模型，由(Xp, Yp, hp)計算原始SAR影像點坐標(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0(P，YP，hP)計算有公式Yp = Y0+(hs-js) · niryXp = xf · (Η-hp) /f+XS0其中hP根據影像坐標(is，js)在高程查找表中獲得，hs為模擬影像高度，^ca為目標點像方坐標，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，Is。為模擬航跡在投影方向起始地理坐標，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影像的坐標映射關系主要通過建立影像坐標映射表實現。對任意一個模擬影像點(is，js)，根據高程查找表獲得高程hs，可以計算出相應的原始影像點坐標(i。，j。)。將模擬影像的點坐標(is，js)分別作為原始影像點的兩種數值屬性，由模擬影像進行網格采樣得到的原始影像的像點，構建如圖4所示的三角網 (TIN)，然后根據規(guī)則格網間隔進行插值，得到原始影像到模擬影像在影像坐標映射表?；谟成浔?，可以由任意一個原始影像點，找到對應得模擬影像點。上述基于影像坐標的三角網內插過程如圖4所示。
3)立體模型量測步驟3 構建三維坐標量測模型，實現SAR數字立體量測。數字立體測量有物方驅動和像方驅動兩種模式。像方驅動時，是由觀測的影像坐標(模擬影像坐標)計算地理坐標，其過程是根據模擬成像模型和高程查找表，由模擬影像坐標計算原始影像坐標，再根據 SAR立體幾何模型，由原始影像坐標計算地理坐標，其驅動流程如圖5A的所示。物方驅動時，由地理坐標根據SAR幾何構像模型，計算原始影像點影像坐標，再根據影像坐標映射表得到模擬影像點影像坐標，其驅動流程如圖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立體數據進行測圖試驗表明，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)明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。
權利要求
1.一種基于影像坐標映射的SAR立體模型構建與量測方法，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DEM(數字高程模型)進行影像模擬消除上下視差，生成理想立體像對；步驟2 根據模擬成像模型和SAR構像模型，在所述影像模擬的基礎上，通過保存高程查找表和構建影像坐標三角網(TIN)建立模擬影像和原始影像的坐標映射關系；步驟3 構建三維坐標量測模型，實現SAR數字立體量測。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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映射關系，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.根據權利要求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.根據權利要求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的高程查找表中用于立體量測模型的構建。
7.根據權利要求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映射關系包括首先由模擬影像的點坐標(is，js)根據中心投影幾何模型計算中間地理坐標(Xp, Yp, hp)，然后由中間地理坐標(Xp, Yp, hp)計算原始影像的點坐標(i0，j0)。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述中間地理坐標的計算公式為 Yp = V (hs-js) · mryXp = xf · (Η-hp) /Mso其中hP根據模擬影像坐標(is，js)在相對應的高程查找表中獲得的高程值，hs為模擬影像高度，xA為目標點像方坐標，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，夂s。為模擬航跡在投影方向起始地理坐標，mM，m,y為兩個方向分辨率， =xA+is -Iiirx -f/ H0
9.根據權利要求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映射關系進一步包括將模擬影像的點坐標(is，js)分別作為原始影像點的兩種數值屬性，由模擬影像進行網格采樣得到的原始影像的像點，構建三角網(TIN)，然后根據規(guī)則格網間隔進行插值，得到原始影像到模擬影像在影像坐標映射表。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3的SAR數字立體量測包括物方驅動和像方驅動模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于影像坐標映射的SAR立體模型構建與量測方法，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DEM(Digital Elevation Model，數字高程模型)進行影像模擬消除上下視差，生成理想立體像對；步驟2根據模擬成像模型和SAR構像模型，在所述影像模擬的基礎上，通過保存高程查找表和構建影像坐標三角網(TIN)建立模擬影像和原始影像的坐標映射關系；步驟3構建三維坐標量測模型，實現SAR數字立體量測?；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:中國測繪科學研究院