一種無(wú)人機(jī)載成像高光譜幾何校正的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種無(wú)人機(jī)載成像高光譜幾何校正的方法及系統(tǒng)，包括：實(shí)時(shí)采集當(dāng)前無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器的位置姿態(tài)信息；根據(jù)所述位置姿態(tài)信息解析數(shù)碼像片精確的攝影中心位置姿態(tài)信息，生成像片覆蓋區(qū)域的DEM；根據(jù)所述精確的攝影中心位置姿態(tài)信息對(duì)相鄰數(shù)碼像片的攝影中心間多條成像高光譜掃描線對(duì)應(yīng)的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到所述多條成像高光譜掃描線的高精度線陣位置姿態(tài)信息；根據(jù)所述高精度線陣位置姿態(tài)信息和DEM建立共線方程，生成高光譜圖像；本發(fā)明利用無(wú)人機(jī)面陣數(shù)碼成像數(shù)據(jù)解算出的高精度POS信息，對(duì)無(wú)人機(jī)低精度POS數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)成像高光譜儀逐掃描線幾何精確校正，為無(wú)人機(jī)成像高光譜廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種無(wú)人機(jī)載成像高光譜幾何校正的方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種無(wú)人機(jī)載成像高光譜幾何校正的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]POS (position and orientation system)定位定向系統(tǒng)，POS 傳感器用于采集位置和姿態(tài)信息。
[0003]DEM (Digital Elevation Model)數(shù)字高程模型，是對(duì)地貌形態(tài)的虛擬表示,可根據(jù)航空或衛(wèi)星影像，通過(guò)攝影測(cè)量途徑獲取，作為數(shù)字影像正射校正的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，DEM是攝影測(cè)量中構(gòu)建共線方程的必要條件。
[0004]近年來(lái)，成像高光譜遙感技術(shù)以圖譜合一，空間和光譜分辨率高等特點(diǎn)推進(jìn)了農(nóng)業(yè)遙感定量化發(fā)展，具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，衛(wèi)星遙感平臺(tái)受軌道的限制，每天過(guò)頂?shù)臅r(shí)間固定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)應(yīng)急觀測(cè)；有人駕駛的航空遙感獲取影像數(shù)據(jù)成本較高，且受天氣條件影響較大。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以無(wú)人機(jī)為近地飛行平臺(tái)搭載對(duì)地觀測(cè)傳感器的新型遙感探測(cè)技術(shù)得到快速發(fā)展，尤其微小型無(wú)人機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活性好、作業(yè)周期短、時(shí)效性好、維護(hù)成本低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，非常適合搭載微小型成像高光譜設(shè)備實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)低空遙感觀測(cè)，具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。
[0005]無(wú)人機(jī)自身載荷平臺(tái)穩(wěn)定性較低，受氣流風(fēng)速影響較大，大多數(shù)成像高光譜儀采用線陣傳感器推掃成像模式，成像過(guò)程中線陣光譜位置姿態(tài)時(shí)刻變化，使得成像光譜數(shù)據(jù)發(fā)生明顯的幾何畸變。在成像光譜儀推掃成像過(guò)程中，每秒鐘采集幾十到幾百條線陣光譜，后續(xù)數(shù)據(jù)幾何校正需要高精度的傳感器位置及姿態(tài)信息。但由于無(wú)人機(jī)自身載荷較小無(wú)法搭載常規(guī)大型的高精度POS系統(tǒng)，無(wú)法在推掃成像過(guò)程中同步采集高精度的傳感器位置及姿態(tài)信息，只能獲取到無(wú)人機(jī)自身安裝簡(jiǎn)易的低精度POS數(shù)據(jù)，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)載成像高光譜圖像幾何畸變難以恢復(fù)，幾何精確校正成為阻礙無(wú)人機(jī)成像高光譜廣泛應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:無(wú)人機(jī)平臺(tái)穩(wěn)定性較差，易受氣流影響，無(wú)人機(jī)載成像高光譜通常采用線陣傳感器推掃，成像過(guò)程中線陣位置姿態(tài)變化明顯，導(dǎo)致光譜圖像較為嚴(yán)重的幾何畸變；無(wú)人機(jī)載成像高光譜單條線陣覆蓋范圍小，特征提取難度大，線陣間重疊度低，相鄰線陣特征匹配難度大，無(wú)法有效提取測(cè)區(qū)DEM ;而且無(wú)人機(jī)載荷能力較低，通常無(wú)法搭載高精度POS系統(tǒng)獲取高精度成像高光譜線陣位置姿態(tài)信息。針對(duì)上述條件，解決無(wú)人機(jī)載成像高光譜的幾何校正。
[0008](二)技術(shù)方案
[0009]為此目的，本發(fā)明提出了一種無(wú)人機(jī)載成像高光譜幾何校正的方法，包括以下步驟:[0010]實(shí)時(shí)采集當(dāng)前無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器的位置姿態(tài)信息；
[0011]根據(jù)所述位置姿態(tài)信息解析數(shù)碼像片精確的攝影中心位置姿態(tài)信息，并生成像片覆蓋區(qū)域的DEM ；
[0012]根據(jù)所述精確的攝影中心位置姿態(tài)信息對(duì)相鄰數(shù)碼像片的攝影中心間多條成像高光譜掃描線對(duì)應(yīng)的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到所述多條成像高光譜掃描線高精度的線陣位置姿態(tài)信息；
[0013]根據(jù)所述高精度線陣位置姿態(tài)信息和所述DEM構(gòu)建共線方程，生成高光譜圖像，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)載成像高光譜幾何校正。
[0014]優(yōu)選地，所述實(shí)時(shí)采集當(dāng)前無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器的位置姿態(tài)信息之前，還包括:
[0015]將數(shù)碼相機(jī)，成像高光譜儀及無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器設(shè)置于同一平面的相鄰位置，使三種傳感器姿態(tài)位置信息一致；
[0016]設(shè)置所述數(shù)碼相機(jī)的采集頻率Vdc ；
[0017]根據(jù)數(shù)碼相機(jī)的采集頻率VD。設(shè)置成像高光譜儀的采樣頻率VHIS。
[0018]優(yōu)選地，所述設(shè)定所述數(shù)碼相機(jī)的采集頻率VD。，具體為:
[0019]根據(jù)無(wú)人機(jī)飛行高度、飛行速度和所述數(shù)碼相機(jī)觀測(cè)視場(chǎng)角F0VDC，設(shè)定數(shù)碼相機(jī)的采集頻率:
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)人機(jī)載成像高光譜幾何校正的方法，其特征在于，包括以下步驟: 實(shí)時(shí)采集當(dāng)前無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器的位置姿態(tài)信息； 根據(jù)所述位置姿態(tài)信息解析數(shù)碼像片精確的攝影中心位置姿態(tài)信息，并生成像片覆蓋區(qū)域的DEM ； 根據(jù)所述精確的攝影中心位置姿態(tài)信息對(duì)相鄰數(shù)碼像片的攝影中心間多條成像高光譜掃描線對(duì)應(yīng)的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到所述多條成像高光譜掃描線高精度的線陣位置姿態(tài)信息； 根據(jù)所述高精度線陣位置姿態(tài)信息和所述DEM構(gòu)建共線方程，生成高光譜圖像，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)載成像高光譜幾何校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)采集當(dāng)前無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器的位置姿態(tài)信息之前，還包括: 將數(shù)碼相機(jī)，成像高光譜儀及無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器設(shè)置于同一平面的相鄰位置，使三種傳感器姿態(tài)位置信息一致； 設(shè)置所述數(shù)碼相機(jī)的采集頻率； 根據(jù)數(shù)碼相機(jī)的采集頻率設(shè)置成像高光譜儀的采樣頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述設(shè)定所述數(shù)碼相機(jī)的采集頻率VD。，具體為: 根據(jù)無(wú)人機(jī)飛行高度、飛行速度和所述數(shù)碼相機(jī)觀測(cè)視場(chǎng)角F0VDC，設(shè)定數(shù)碼相機(jī)的采集頻率Vdc:
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)數(shù)碼相機(jī)的采集頻率VD。設(shè)置成像高光譜儀的采樣頻率Vhis，具體為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述位置姿態(tài)信息解析數(shù)碼像片精確的攝影中心位置姿態(tài)信息，具體為: 根據(jù)實(shí)時(shí)采集的當(dāng)前無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器的位置姿態(tài)信息和數(shù)碼像片采用空中三角測(cè)量方法解析所述數(shù)碼像片精確的攝影中心位置姿態(tài)信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述精確的攝影中心位置姿態(tài)信息對(duì)相鄰數(shù)碼像片的攝影中心間多條成像高光譜掃描線對(duì)應(yīng)的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，具體包括: 將實(shí)時(shí)采集的當(dāng)前無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器的位置姿態(tài)信息與所述相鄰數(shù)碼像片的攝影中心間多條成像高光譜掃描線進(jìn)行時(shí)間匹配，得到成像高光譜各掃描線對(duì)應(yīng)的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述精確的攝影中心位置姿態(tài)信息對(duì)所述多條成像高光譜掃描線對(duì)應(yīng)的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
7.一種無(wú)人機(jī)載成像高光譜幾何校正的系統(tǒng)，其特征在于，包括:采集模塊、解析模塊、校正模塊和生成模塊； 采集模塊，用于實(shí)時(shí)采集當(dāng)前無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器的位置姿態(tài)信息； 解析模塊，用于根據(jù)采集模塊采集的所述位置姿態(tài)信息解析數(shù)碼像片的攝影中心位置姿態(tài)信息，并根據(jù)所述中心位置姿態(tài)信息生成像片覆蓋區(qū)域的DEM ； 校正模塊，用于根據(jù)所述攝影中心位置姿態(tài)信息對(duì)相鄰數(shù)碼像片的攝影中心間多條成像高光譜掃描線對(duì)應(yīng)的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到所述多條成像高光譜掃描線的線陣位置姿態(tài)信息； 生成模塊，根據(jù)所述線陣位置姿態(tài)信息和所述DEM構(gòu)建共線方程，生成高光譜圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括設(shè)置模塊； 設(shè)置模塊，用于將數(shù)碼相機(jī)，成像高光譜儀及無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器設(shè)置于同一平面的相鄰位置，使三種傳感器姿態(tài)位置信息一致；所述設(shè)置模塊還用于設(shè)置所述數(shù)碼相機(jī)的采集頻率并根據(jù)數(shù)碼相機(jī)的采集頻率設(shè)置成像高光譜儀的采樣頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述校正模塊包括:匹配單元和校正單元; 匹配單元，用于將實(shí)時(shí)采集的當(dāng)前無(wú)人機(jī)低精度POS傳感器的位置姿態(tài)信息與所述相鄰數(shù)碼像片的攝影中心間多條成像高光譜掃描線進(jìn)行時(shí)間匹配，得到成像高光譜掃描線對(duì)應(yīng)的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)； 校正單元，用于根據(jù)所述精確的攝影中心位置姿態(tài)信息對(duì)所述成像高光譜掃描線對(duì)應(yīng)的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK103810701SQ201410017463
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】楊貴軍, 趙春江, 于海洋, 楊小冬, 徐新剛, 顧曉鶴, 馮海寬, 楊浩, 閆華 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心