結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，通過(guò)提取激光雷達(dá)足跡波形各個(gè)時(shí)刻波峰高程值，實(shí)現(xiàn)了激光雷達(dá)足跡細(xì)分區(qū)的高程值獲取；通過(guò)建立激光雷達(dá)足跡相對(duì)地面高程模型以及仿真波形，得到了激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的立體影像的相對(duì)高程信息，并經(jīng)過(guò)激光雷達(dá)足跡波形與仿真波形的匹配，將激光雷達(dá)足跡細(xì)分區(qū)的高程值對(duì)應(yīng)到立體影像的像元，實(shí)現(xiàn)了立體影像的相對(duì)高程信息向絕對(duì)高程信息的轉(zhuǎn)換，從而得到了立體影像像元的絕對(duì)高程值，解決了由于激光雷達(dá)足跡區(qū)域與立體影像像元的尺寸不匹配，而無(wú)法獲取立體影像像元精確高程值問(wèn)題，將該高程值作為數(shù)字影像空三的輔助高程控制點(diǎn)，可以有效提高衛(wèi)星攝影測(cè)量的地形圖測(cè)繪精度。
【專利說(shuō)明】
結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回 波足跡細(xì)分處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的地形圖主要是通過(guò)航空攝影測(cè)量的方法測(cè)繪地形圖，隨著航天技術(shù)、計(jì)算 機(jī)技術(shù)以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星攝影測(cè)量成為地形圖測(cè)繪的重要途徑。
[0003] 目前的衛(wèi)星攝影測(cè)量技術(shù)，測(cè)繪1:5萬(wàn)和1:1萬(wàn)地形圖或修測(cè)1:2.5萬(wàn)地形圖，不同 比例尺地形圖高程精度要求如表1所示，測(cè)繪1:1萬(wàn)地形圖要求的高程精度平地〇.35m、丘陵 地1.2m。
[0004] 表1不同比例尺地形圖高程精度要求(單位:米）
[0005]
[0006] 為了提高衛(wèi)星攝影測(cè)量成圖精度，特別是沙漠、戈壁等控制點(diǎn)稀少區(qū)域的測(cè)繪精 度，測(cè)繪更大比例尺地形圖，采用多波束全回波激光雷達(dá)技術(shù)輔助空中三角測(cè)量，成為提高 衛(wèi)星攝影測(cè)量成圖精度有效途徑之一。
[0007] 典型的星載激光雷達(dá)是2003年美國(guó)發(fā)射的ICESat衛(wèi)星，搭載了 GLAS激光雷達(dá)傳感 器，其主要特點(diǎn)是單波束、全回波、發(fā)散角0. lmrad、測(cè)距精度0. lm，在600km高空的激光足跡 約60m，作為極地冰蓋總量平衡和海平面變化研究，對(duì)地面分辨率要求不高。
[0008] 如圖1所示，對(duì)于一般的星載激光雷達(dá)，激光束中心測(cè)距H，偏離頂點(diǎn)傾角地形表 面傾角0，發(fā)散角 9，衛(wèi)星軌道高度500km時(shí)，僅因地表傾斜影響產(chǎn)生的激光測(cè)距極限誤差 I祕(mì)Lk%沒.沒'Mtt(夕+的丨/2門0 ).，當(dāng)滬（丘陵地），0=〇.〇6mrad時(shí)，激光測(cè)距誤 差達(dá)到| AR|~1.29m(l〇);按照目前我國(guó)的衛(wèi)星定軌、定姿和平臺(tái)穩(wěn)定度控制水平，軌道高 度500km的平面位置誤差約1.13m，在15°丘陵地表情況下產(chǎn)生的高程誤差為0.30m;綜合考 慮激光足跡內(nèi)測(cè)距誤差和定軌定姿等誤差影響，無(wú)法獲取更高精度的地形圖。
[0009] 星載激光雷達(dá)的測(cè)距精度可以達(dá)到o.l-o. 2m，考慮大氣環(huán)境等因素影響，在平原 和丘陵地表情況下，高程測(cè)量精度將達(dá)到0.3-1. Om，雖然顯著提高了傳統(tǒng)衛(wèi)星攝影測(cè)量的 高程測(cè)量精度，但是受激光雷達(dá)發(fā)散角的限制，搭載500_600km的衛(wèi)星平臺(tái)，激光雷達(dá)的足 跡通常在數(shù)十米，而數(shù)十米直徑的足跡內(nèi)，僅通過(guò)足跡內(nèi)的平均高程顯然無(wú)法精確描述局 部地形的起伏變化。采用多波束全回波激光雷達(dá)技術(shù)輔助空中三角測(cè)量的主要缺陷在于， 星載激光足跡較大，無(wú)法直接提取激光足跡內(nèi)不同位置的精確地形起伏信息，影響了激光 光斑足跡的平面高程分辨率，從而無(wú)法提高攝影測(cè)量的地形測(cè)圖精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] ( - )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0011] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡 細(xì)分處理方法。
[0012] (二)技術(shù)方案
[0013]本發(fā)明提供了一種結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在 于，包括:步驟A:從激光雷達(dá)足跡全回波信息中提取模型參數(shù)，建立激光雷達(dá)足跡全回波模 型，并重建激光雷達(dá)足跡全回波波形;步驟B:基于激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的立體影像對(duì)，重建激 光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型；步驟C:基于所述激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型，建 立激光雷達(dá)足跡回波仿真模型，并重建激光雷達(dá)足跡仿真波形；步驟D:建立所述激光雷達(dá) 足跡的相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及所述激光雷達(dá)足跡仿真波形與相對(duì)地面高程模 型的映射關(guān)系；以及步驟E:將所述激光雷達(dá)足跡全回波波形與激光雷達(dá)足跡仿真波形匹 配，選取有效激光雷達(dá)足跡，基于所述激光雷達(dá)足跡全回波波形的波峰與立體影像像元之 間的映射關(guān)系，提取有效激光雷達(dá)足跡全回波波形波峰的高程值作為立體影像像元的大地 高程。
[0014](三)有益效果
[0015]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處 理方法具有以下有益效果：
[0016] (1)通過(guò)提取激光雷達(dá)足跡波形各個(gè)時(shí)刻波峰高程值，實(shí)現(xiàn)了激光雷達(dá)足跡細(xì)分 區(qū)的高程值獲取；
[0017] (2)通過(guò)建立激光雷達(dá)足跡仿真波形以及相對(duì)地面高程模型，得到了激光雷達(dá)足 跡對(duì)應(yīng)的立體影像的相對(duì)高程信息，并經(jīng)過(guò)激光雷達(dá)足跡波形與仿真波形的匹配，將激光 雷達(dá)足跡細(xì)分區(qū)的高程值對(duì)應(yīng)到立體影像的像元，實(shí)現(xiàn)了立體影像的相對(duì)高程信息向絕對(duì) 高程信息的轉(zhuǎn)換，從而得到了立體影像像元的絕對(duì)高程值，解決了由于激光雷達(dá)足跡區(qū)域 與立體影像像元的尺寸不匹配，而無(wú)法獲取立體影像像元精確高程值問(wèn)題，有效提高了衛(wèi) 星攝影測(cè)量的地形圖測(cè)繪精度。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為星載激光雷達(dá)測(cè)距原理圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的激光雷達(dá)足跡以及重建的激光雷達(dá)足跡全回波波形示意 圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的立體影像對(duì)的成像示意圖；
[0021 ]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的相對(duì)地面高程模型及激光雷達(dá)足跡仿真波形示意圖；
[0022] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的相對(duì)地面高程模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)的格網(wǎng)示意圖；
[0023] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的激光雷達(dá)足跡全回波波形與仿真波形匹配示意圖；
[0024]圖7為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處理方法流程 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本發(fā)明的結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，將激光雷達(dá)全回波 信號(hào)分析與高分辨遙感影像立體視覺技術(shù)結(jié)合，提取全回波激光足跡細(xì)分區(qū)高程信息，該 高程信息作為攝影測(cè)量空三的輔助高程控制信息，可以提高衛(wèi)星攝影測(cè)量的地形測(cè)圖精 度。其主要特征是：（1)提出一種基于激光雷達(dá)足跡能量分布、激光入射角、目標(biāo)成像距離和 目標(biāo)反射率等參數(shù)的全回波信號(hào)重建模型；（2)通過(guò)遙感影像立體視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)激光足跡 內(nèi)相對(duì)高程模型重建和波形仿真；（3)建立仿真波形與地面高程模型格網(wǎng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn) 光學(xué)影像像元與激光回波波形映射；（4)通過(guò)激光雷達(dá)全回波信號(hào)分析、激光光斑回波波形 與仿真波形匹配，提取激光回波波峰對(duì)應(yīng)的光學(xué)影像區(qū)/激光足跡細(xì)分區(qū)的大地高程。
[0026] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處理方法， 其具體包括：
[0028]步驟A:從激光雷達(dá)足跡全回波信息中提取模型參數(shù)，建立激光雷達(dá)足跡全回波模 型，并重建激光雷達(dá)足跡全回波波形。
[0029]步驟A具體包括：
[0030] 子步驟A1:從激光雷達(dá)足跡全回波信息中提取模型參數(shù)，模型參數(shù)包括:激光足跡 強(qiáng)度分布、目標(biāo)回波延時(shí)、目標(biāo)成像距離、激光光束指向角、目標(biāo)反射率。
[0031] 上述模型參數(shù)與激光雷達(dá)足跡全回波波形相關(guān)，現(xiàn)有的全回波激光雷達(dá)系統(tǒng)均可 以提供上述模型參數(shù)，其具體提取方法不再贅述。在每個(gè)激光雷達(dá)足跡，相同距離的目標(biāo)對(duì) 應(yīng)激光雷達(dá)足跡回波波形的一個(gè)波峰，激光雷達(dá)足跡回波波形由一個(gè)或多個(gè)波峰組成，因 此，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)需要針對(duì)每一激光雷達(dá)足跡的各段波形提取上述模型參數(shù)，以便進(jìn)行 后續(xù)的建模。
[0032] 子步驟A2:基于模型參數(shù)建立激光雷達(dá)足跡全回波模型。
[0033] 子步驟A2具體包括:基于模型參數(shù)建立的激光雷達(dá)足跡全回波模型為：
[0035] 式中：fi(t)表示激光雷達(dá)足跡的第i個(gè)時(shí)刻的波峰;ti為第i個(gè)時(shí)刻波峰對(duì)應(yīng)的目 標(biāo)回波延時(shí);ai為第i個(gè)時(shí)刻波峰對(duì)應(yīng)的目標(biāo)反射率:容(少)為激光足跡強(qiáng)度分布;0為激光光 束指向與目標(biāo)表面法線的夾角;c為大氣衰減等相關(guān)的系數(shù)，可以通過(guò)大氣傳輸模型計(jì)算得 至lJ ;Sl為第i個(gè)時(shí)刻波峰對(duì)應(yīng)的目標(biāo)成像距離廠為激光脈沖寬度。利用上述公式（1)可以建 立每一激光雷達(dá)足跡的全回波模型。需要說(shuō)明的是，上述方法只是建立激光雷達(dá)足跡全回 波模型的一種方式，本發(fā)明并不限于此，還可以由其他可以有效建立激光雷達(dá)足跡全回波 模型的方法替代，在此不再贅述。
[0036] 子步驟A3:基于激光雷達(dá)足跡全回波模型，重建激光雷達(dá)足跡全回波波形。
[0037]子步驟A3具體包括:基于激光雷達(dá)足跡全回波模型，合成激光雷達(dá)足跡各段波形 得到重建的激光雷達(dá)足跡全回波波形，重建的激光雷達(dá)足跡全回波波形為：
[0039] 其中，ti、t2分別表示激光雷達(dá)足跡的第一段波形的起始時(shí)間和最后一段波形的結(jié) 束時(shí)間。
[0040] 利用上述公式(2)可以重建每一激光雷達(dá)足跡的全回波波形。圖2示出了激光雷達(dá) 足跡以及重建的激光雷達(dá)足跡全回波波形。
[0041] 步驟B:基于激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的立體影像對(duì)，重建激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程 模型。
[0042] 每一激光雷達(dá)足跡均對(duì)應(yīng)一高分辨率的立體影像對(duì)，立體影像對(duì)的立體影像包括 若干像元，立體影像的像元數(shù)由激光雷達(dá)足跡的尺寸和立體影像分辨率決定，在此并不加 以限定。
[0043]步驟B具體包括：
[0044] 子步驟B1:提取激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的立體影像對(duì)，將立體影像對(duì)中的一個(gè)作為基 準(zhǔn)影像，另一個(gè)作為參照影像，對(duì)基準(zhǔn)影像和參照影像進(jìn)行逐點(diǎn)立體影像匹配，得到同名像 點(diǎn)坐標(biāo)。
[0045] 在圖3中，左影像作為基準(zhǔn)影像，右影像作為參照影像，S1和S2表示兩個(gè)影像傳感 器的中心，影像焦面與中心分開表示，利于進(jìn)一步描述影像傳感器焦距、主點(diǎn)的關(guān)系。
[0046] 子步驟B2:基于一地面點(diǎn)的同名像點(diǎn)坐標(biāo)，得到該地面點(diǎn)的同名像點(diǎn)的左右視差。 [0047]子步驟B2具體包括:設(shè)選取地面點(diǎn)A在基準(zhǔn)影像和參照影像的同名像點(diǎn)的x坐標(biāo)分 別為Xal和 Xa2，則地面點(diǎn)A的同名像點(diǎn)的左右視差為：
[0048] PA=Xal-Xa2 (3)
[0049] 子步驟B3:以該地面點(diǎn)為基準(zhǔn)，計(jì)算另一地面點(diǎn)與該地面點(diǎn)的相對(duì)高程。
[0050] 子步驟B3具體包括：以地面點(diǎn)A為基準(zhǔn)，另一地面點(diǎn)B與地面點(diǎn)A的高差，可以通過(guò) A、B兩點(diǎn)的左右視差之差得到，相對(duì)尚程與左右視差的關(guān)系為：
[0051] h= A p XHa/(b+ A p) (4)
[0052] 式中：h為地面點(diǎn)B相對(duì)于地面點(diǎn)A的相對(duì)高程；A p = PB-PA;b為基準(zhǔn)影像主點(diǎn)和參 照影像主點(diǎn)的距離;Ha為衛(wèi)星高度。
[0053] 子步驟B4:按照子步驟B3計(jì)算每個(gè)地面點(diǎn)與地面點(diǎn)A的相對(duì)高程，得到重建的激光 雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型。
[0054]由此可見，該相對(duì)地面高程模型為格網(wǎng)狀模型，格網(wǎng)狀模型的每一方格均對(duì)應(yīng)于 激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的立體影像的一個(gè)像元，每一方格的數(shù)值為該像元對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)的相對(duì) 高程值，通過(guò)子步驟B1至B4可以重建出每一激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型。
[0055]步驟C:基于激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型，建立激光雷達(dá)足跡回波仿真模 型，并重建激光雷達(dá)足跡仿真波形。
[0056] 步驟C具體包括：
[0057]子步驟C1:基于激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型，激光雷達(dá)足跡回波仿真模型 為：
[0059] 其中，NORM表示正態(tài)化；Ad為激光雷達(dá)的測(cè)距分辨率，是激光雷達(dá)系統(tǒng)的固有參 數(shù);m為激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型的行數(shù)，n為激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型 的列數(shù)，h xy為相對(duì)地面高程模型第x行第y列方格的相對(duì)高程值。
[0060] 激光雷達(dá)足跡內(nèi)不同高程的目標(biāo)引起地形起伏變化，會(huì)形成多個(gè)仿真波峰（多段 仿真波形），因此，步驟C還包括：
[0061 ]子步驟C2:基于激光雷達(dá)足跡回波仿真模型，合成激光雷達(dá)足跡各個(gè)仿真波峰得 到重建的激光雷達(dá)足跡仿真波形，重建的激光雷達(dá)足跡仿真波形為：
[0063] 其中，hi、h2分別表示激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的相對(duì)地面高程模型中的最小相對(duì)高程值 和最大相對(duì)高程值。通過(guò)子步驟C1和C2可以重建出每一激光雷達(dá)足跡的仿真波形。圖4示出 了相對(duì)地面高程模型及激光雷達(dá)足跡仿真波形。
[0064] 步驟D:建立激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及激光雷達(dá)足跡仿 真波形與相對(duì)地面高程模型的映射關(guān)系。
[0065] 步驟D具體包括：
[0066]子步驟D1:以激光雷達(dá)測(cè)距分辨率A d為高差，對(duì)激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模 型，沿高程方向提取等高的高程網(wǎng)格，建立相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括 匕(^7)(」=1，2，...，如），1^表示激光雷達(dá)測(cè)距分辨率八(1的倍數(shù)，即八(1的」倍，（^ 7)表示 相對(duì)地面高程模型的第x行第y列方格，如表示相對(duì)地面高程模型中相對(duì)高程為匕的方格數(shù) 量。通過(guò)步驟D可以得到每一激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
[0067]以圖5為例對(duì)相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，以激光雷達(dá)足跡為單位，對(duì) 于激光雷達(dá)足跡1，其相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為ludihhsUdh - jedhhVs， 4)，...，（6,3);…；hj (6,5)，（6,6)，表示激光雷達(dá)足跡1的相對(duì)地面高程模型中，相對(duì)高程 為1倍激光雷達(dá)測(cè)距分辨率A cKhO的為第9行第1列方格(9，1)，相對(duì)高程為lu的方格數(shù)量m =1;相對(duì)高程為2倍激光雷達(dá)測(cè)距分辨率A d(h2)的為第2行第2列方格(2,2)、…、第6行第2 列方格(6，2);相對(duì)高程為3倍激光雷達(dá)測(cè)距分辨率A d(h3)的為第5行第4列方格(5，4)、…、 第6行第3列方格(6,3);相對(duì)高程為j倍激光雷達(dá)測(cè)距分辨率A d(hj的為第6行第5列方格 (6,5)和第6行第6列方格(6,6)，相對(duì)高程為h的方格數(shù)量r^ = 2;其他激光雷達(dá)足跡的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)與此相同。
[0068]子步驟D2:由公式(5)和(6)可知，激光雷達(dá)足跡回波仿真模型flh)是由二維的相 對(duì)地面高程模型以激光雷達(dá)測(cè)距分辨率Ad為間隔得到的一維波形，該回波仿真模型的任 意點(diǎn)f (lu)與相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)h(x，y)(i = l，2,...，如)形成映射關(guān)系，從而 得到激光雷達(dá)足跡仿真波形plh)與相對(duì)地面高程模型的映射關(guān)系。通過(guò)步驟D可以建立起 每一激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及每一激光雷達(dá)足跡仿真波形與相 對(duì)地面高程模型的映射關(guān)系。圖5示出了相對(duì)地面高程模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)的格網(wǎng)示意 圖。
[0069]步驟E:將激光雷達(dá)足跡全回波波形與激光雷達(dá)足跡仿真波形匹配，選取有效激光 雷達(dá)足跡，基于激光雷達(dá)足跡全回波波形波峰與立體影像像元之間的映射關(guān)系，提取有效 激光雷達(dá)足跡全回波波形波峰的高程值作為立體影像像元的大地高程。
[0070] 同步獲取的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)與立體影像，得到的激光雷達(dá)足跡全回波波形與仿真波 形均反映了激光雷達(dá)足跡內(nèi)的地形起伏變化，具有很好的相似性，選取相關(guān)性較高的激光 雷達(dá)足跡作為提取高程信息的有效激光雷達(dá)足跡。
[0071] 步驟E具體包括：
[0072] 子步驟E1:計(jì)算激光雷達(dá)足跡全回波波形與激光雷達(dá)足跡仿真波形的相關(guān)系數(shù)最 大值，將相關(guān)系數(shù)最大值大于閾值的激光雷達(dá)足跡作為有效激光雷達(dá)足跡。其中，計(jì)算相關(guān) 系數(shù)的計(jì)算方法為本領(lǐng)域熟知的技術(shù)，閾值可以根據(jù)具體情況選取一小于并接近于1的小 數(shù)，此處不再贅述。
[0073]子步驟E1通過(guò)計(jì)算激光雷達(dá)足跡全回波波形與激光雷達(dá)足跡仿真波形的相關(guān)系 數(shù)，實(shí)現(xiàn)了激光雷達(dá)足跡全回波波形P(t)與激光雷達(dá)足跡仿真波形plh)的匹配對(duì)應(yīng)。 [0074]子步驟E2:根據(jù)激光雷達(dá)足跡全回波波形p(t)與激光雷達(dá)足跡仿真波形plh)的 匹配對(duì)應(yīng)、以及激光雷達(dá)足跡仿真波形plh)與相對(duì)地面高程模型的映射關(guān)系，將激光雷達(dá) 足跡全回波波形波峰對(duì)應(yīng)的高程值映射至相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而得到相對(duì)地 面高程模型對(duì)應(yīng)立體影像像元的大地高。
[0075]在子步驟E2中，激光雷達(dá)足跡全回波波形波峰對(duì)應(yīng)的高程值由激光雷達(dá)足跡全回 波模型得到，激光雷達(dá)足跡第i個(gè)時(shí)刻的波峰fl(t)可匹配至激光雷達(dá)足跡仿真波形plh) 的第i個(gè)點(diǎn)fllu)，該第i個(gè)點(diǎn)fllu)匹配至相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)h(x，y)(i = l， 2,...，nj)，最終將激光雷達(dá)足跡第i個(gè)時(shí)刻的波峰fi(t)的高程值賦予相對(duì)地面高程模型的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)hj(x，y)(i = l，2,. . .，nj)對(duì)應(yīng)的立體影像像元，作為立體影像像元的大地高。通過(guò) 步驟E可以得到每一激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的立體影像像元的大地高。圖6示出了激光雷達(dá)足跡 全回波波形與仿真波形匹配關(guān)系。
[0076]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明的結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處理方法有了清楚的認(rèn)識(shí)。 [0077]本發(fā)明的結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，通過(guò)提取激光雷達(dá) 足跡波形各個(gè)時(shí)刻波峰高程值，實(shí)現(xiàn)了激光雷達(dá)足跡細(xì)分區(qū)的高程值獲取，通過(guò)建立激光 雷達(dá)足跡仿真波形以及相對(duì)地面高程模型，得到了激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的立體影像的相對(duì)高 程信息，并經(jīng)過(guò)激光雷達(dá)足跡波形與仿真波形的匹配，將激光雷達(dá)足跡細(xì)分區(qū)的高程值對(duì) 應(yīng)到立體影像的像元，實(shí)現(xiàn)了立體影像的相對(duì)高程信息向絕對(duì)高程信息的轉(zhuǎn)換，從而得到 了立體影像像元的絕對(duì)高程值，解決了由于激光雷達(dá)足跡區(qū)域與立體影像像元的尺寸不匹 配，而無(wú)法獲取立體影像像元精確高程值問(wèn)題，有效提高了衛(wèi)星攝影測(cè)量的地形圖測(cè)繪精 度。
[0078]需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù) 領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，上述對(duì)各元件的定義并不僅限 于實(shí)施例中提到的各種方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如： [0079] (1)實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參 考附圖的方向，并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍；
[0080] (2)上述實(shí)施例可基于設(shè)計(jì)及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實(shí)施例 混合搭配使用，即不同實(shí)施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實(shí)施例。
[0081] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種結(jié)合數(shù)字影像空三的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在于，包括： 步驟A:從激光雷達(dá)足跡全回波信息中提取模型參數(shù)，建立激光雷達(dá)足跡全回波模型， 并重建激光雷達(dá)足跡全回波波形； 步驟B:基于激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的立體影像對(duì)，重建激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模 型； 步驟C:基于所述激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型，建立激光雷達(dá)足跡回波仿真模 型，并重建激光雷達(dá)足跡仿真波形； 步驟D:建立所述激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及所述激光雷達(dá)足 跡仿真波形與相對(duì)地面高程模型的映射關(guān)系；以及 步驟E:將所述激光雷達(dá)足跡全回波波形與激光雷達(dá)足跡仿真波形匹配，選取有效激光 雷達(dá)足跡，基于所述激光雷達(dá)足跡全回波波形的波峰與立體影像像元之間的映射關(guān)系，提 取有效激光雷達(dá)足跡全回波波形波峰的高程值作為立體影像像元的大地高程。2. 如權(quán)利要求1所述的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在于，所述步驟A具體包 括： 子步驟A1:從激光雷達(dá)足跡全回波信息中提取模型參數(shù)，所述模型參數(shù)包括:激光足跡 強(qiáng)度分布、目標(biāo)回波延時(shí)、目標(biāo)成像距離、激光光束指向角和目標(biāo)反射率； 子步驟A2:基于所述模型參數(shù)建立激光雷達(dá)足跡全回波模型；以及 子步驟A3:基于所述激光雷達(dá)足跡全回波模型，重建激光雷達(dá)足跡全回波波形。3. 如權(quán)利要求2所述的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在于，所述子步驟A2具體 包括： 基于所述模型參數(shù)建立的激光雷達(dá)足跡全回波模型為：其中，fdt)表示激光雷達(dá)足跡的第i個(gè)時(shí)刻的波峰為第i個(gè)時(shí)刻波峰對(duì)應(yīng)的目標(biāo)回 波延時(shí);ai為第i個(gè)時(shí)刻波峰對(duì)應(yīng)的目標(biāo)反射率;g(妁為激光足跡強(qiáng)度分布;0為激光光束指 向與目標(biāo)表面法線的夾角；c為大氣衰減等相關(guān)的系數(shù); Sl為第i個(gè)時(shí)刻波峰對(duì)應(yīng)的目標(biāo)成 像距離;T為激光脈沖寬度。4. 如權(quán)利要求3所述的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在于，所述子步驟A3具體 包括： 基于所述激光雷達(dá)足跡全回波模型，合成激光雷達(dá)足跡各段波形得到重建的激光雷達(dá) 足跡全回波波形，重建的激光雷達(dá)足跡全回波波形為：其中，ti、t2分別表示激光雷達(dá)足跡的第一段波形的起始時(shí)間和最后一段波形的結(jié)束時(shí) 間。5. 如權(quán)利要求1所述的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在于，所述步驟B具體包 括： 子步驟B1:提取激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的立體影像對(duì)，將所述立體影像對(duì)中的一個(gè)影像作 為基準(zhǔn)影像，另一個(gè)影像作為參照影像，對(duì)所述基準(zhǔn)影像和參照影像進(jìn)行逐點(diǎn)立體影像匹 配，得到同名像點(diǎn)坐標(biāo)； 子步驟B2:基于一地面點(diǎn)的同名像點(diǎn)坐標(biāo)，得到所述地面點(diǎn)的同名像點(diǎn)的左右視差； 子步驟B3:以所述地面點(diǎn)為基準(zhǔn)，計(jì)算另一地面點(diǎn)與所述地面點(diǎn)的相對(duì)高程；以及 子步驟B4:按照子步驟B3計(jì)算每個(gè)地面點(diǎn)與所述地面點(diǎn)的相對(duì)高程，得到重建的激光 雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型。6. 如權(quán)利要求5所述的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在于，所述子步驟B2具體 包括： 地面點(diǎn)A的同名像點(diǎn)的左右視差為： PA - Xal_Xa2 ( 3 ) XajPXa2分別為地面點(diǎn)A在基準(zhǔn)影像和參照影像的x坐標(biāo)。7. 如權(quán)利要求6所述的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在于，所述子步驟B3具體 包括： 以地面點(diǎn)A為基準(zhǔn)，另一地面點(diǎn)B與地面點(diǎn)A的相對(duì)高程為： h= A p XHa/(b+ A p) (4) 式中：h為地面點(diǎn)B相對(duì)于地面點(diǎn)A的相對(duì)高程；AP = PB-PA，PB按照子步驟B2的方法得 到;b為基準(zhǔn)影像主點(diǎn)和參照影像主點(diǎn)的距離;Ha為衛(wèi)星高度。8. 如權(quán)利要求1所述的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在于，所述步驟C具體包 括： 子步驟C1:基于激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型，激光雷達(dá)足跡回波仿真模型為：其中，NORM表示正態(tài)化；A d為激光雷達(dá)的測(cè)距分辨率;m為激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高 程模型的行數(shù)，n為激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模型的列數(shù)，hxy為相對(duì)地面高程模型第x 行第y列方格的相對(duì)高程值;以及 子步驟C2:基于激光雷達(dá)足跡回波仿真模型，合成激光雷達(dá)足跡各個(gè)仿真波峰得到重 建的激光雷達(dá)足跡仿真波形，重建的激光雷達(dá)足跡仿真波形為：其中，hi、h2分別表示激光雷達(dá)足跡對(duì)應(yīng)的相對(duì)地面高程模型中的最小相對(duì)高程值和最 大相對(duì)高程值。9. 如權(quán)利要求1所述的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在于，所述步驟D具體包 括： 子步驟D1:以激光雷達(dá)測(cè)距分辨率A d為高差，對(duì)所述激光雷達(dá)足跡的相對(duì)地面高程模 型，沿高程方向提取等高的高程網(wǎng)格，建立所述相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所述數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)包括hj(x，y)(j = l，2, . . .，nj)，hj表示激光雷達(dá)測(cè)距分辨率Ad的倍數(shù)，（x，y)表示相對(duì)地 面高程模型的第x行第y列方格，如表示相對(duì)地面高程模型中相對(duì)高程為h的方格數(shù)量;以及 子步驟D2:基于激光雷達(dá)足跡回波仿真模型的任意點(diǎn)fllu)與相對(duì)地面高程模型的數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)h(X，y)(i = l，2,...，如）的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到激光雷達(dá)足跡仿真波形p' (h)與相對(duì)地面 高程模型的映射關(guān)系。10.如權(quán)利要求1所述的激光全回波足跡細(xì)分處理方法，其特征在于，步驟E具體包括： 子步驟E1:計(jì)算激光雷達(dá)足跡全回波波形與激光雷達(dá)足跡仿真波形的相關(guān)系數(shù)最大 值，將相關(guān)系數(shù)最大值大于閾值的激光雷達(dá)足跡作為有效激光雷達(dá)足跡;以及 子步驟E2:根據(jù)激光雷達(dá)足跡全回波波形p(t)與激光雷達(dá)足跡仿真波形plh)的匹配 對(duì)應(yīng)、以及激光雷達(dá)足跡仿真波形plh)與相對(duì)地面高程模型的映射關(guān)系，將激光雷達(dá)足跡 全回波波形波峰對(duì)應(yīng)的高程值映射至相對(duì)地面高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而得到相對(duì)地面高 程模型對(duì)應(yīng)立體影像像元的大地高。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK106054202SQ201610368247
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】張珂殊, 邵永社
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所