基于嚴(yán)格成像模型的多相機(jī)數(shù)據(jù)拼接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)遙感衛(wèi)星相機(jī)成像領(lǐng)域，特別是涉及一種基于嚴(yán)格成像模型的多相機(jī)數(shù)據(jù)拼接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)可見光遙感衛(wèi)星成像過程中，高分辨率和寬視場(chǎng)仍然為一對(duì)矛盾體。目前，為了保證獲取較高空間分辨率同時(shí)滿足一定幅寬的影像，在載荷設(shè)計(jì)中多采用多片TDICCD拼接方式和多相機(jī)拼接方式。其中多相機(jī)拼接處理多采用基于特征點(diǎn)匹配的方法在空域或頻域進(jìn)行處理。但是在遙感數(shù)據(jù)工程生產(chǎn)中，由于多相機(jī)的內(nèi)外方位元素穩(wěn)定性低，拼接精度往往不能保證。而遙感數(shù)據(jù)一般均使用按照成像幾何特性和輻射特性拼接后的影像，因此影像的拼接精度會(huì)直接影響后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)的精度。
[0003]目前常用的拼接方法有基于圖像特征的方法和基于頻域匹配的方法?；趫D像特征的方法提取圖像邊界、輪廓線和拐點(diǎn)等特征進(jìn)行匹配，構(gòu)造方程組，通過數(shù)值計(jì)算得到變換參數(shù)，該方法的不足在于必須依賴于圖像特征，一旦特征選取有誤差，或者選取的特征之間匹配有誤差，那么得到的結(jié)果也會(huì)有很大的誤差;其次特征點(diǎn)對(duì)噪聲和遮蔽十分敏感，就算有良好的特征點(diǎn)，也往往因?yàn)楸辉肼暬蛘诒味鵁o法計(jì)算對(duì)準(zhǔn)。基于頻域匹配的方法利用互相關(guān)函數(shù)對(duì)兩幅圖像進(jìn)行相似性度量，這種方法簡(jiǎn)單直觀，但是很難處理圖像間存在小角度旋轉(zhuǎn)和小縮放比例的情況，目前較常用的是亞像素插值的方法，而且要搜索整個(gè)圖像空間，計(jì)算代價(jià)高昂，對(duì)圖像噪聲也很敏感。
[0004]有鑒于此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中多相機(jī)拼接常用方法對(duì)圖像紋理的依賴程度高和對(duì)噪聲過于敏感的問題，有必要提出一種基于嚴(yán)格成像模型的多相機(jī)數(shù)據(jù)拼接方法以實(shí)現(xiàn)多相機(jī)穩(wěn)定的高精度拼接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明要解決的一個(gè)技術(shù)問題是如何提供一種基于嚴(yán)格成像模型的多相機(jī)數(shù)據(jù)拼接方法以實(shí)現(xiàn)多相機(jī)穩(wěn)定的高精度拼接。
[0006]本發(fā)明提供了一種基于嚴(yán)格成像模型的多相機(jī)數(shù)據(jù)拼接方法，包括:根據(jù)至少兩臺(tái)相機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，建立多相機(jī)拼接理想焦面;根據(jù)所述拼接理想焦面和理想輔助參數(shù)，建立多相機(jī)拼接后的嚴(yán)格成像模型;根據(jù)真實(shí)參數(shù)，分別建立各個(gè)相機(jī)的嚴(yán)格成像模型;根據(jù)各個(gè)相機(jī)的嚴(yán)格成像模型，建立像點(diǎn)與地面點(diǎn)之間的正反算模型;計(jì)算多相機(jī)拼接后像面上任一像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各臺(tái)相機(jī)上的像點(diǎn)并進(jìn)行重采樣，根據(jù)多相機(jī)拼接后理想像面輸出拼接后圖像。
[0007]進(jìn)一步地，所述根據(jù)至少兩臺(tái)相機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，建立多相機(jī)拼接理想焦面，包括:
[0008]讀取多相機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，所述相機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)包括探元個(gè)數(shù)、重疊像元個(gè)數(shù)、總視場(chǎng)角、以及相機(jī)的焦距；
[0009]根據(jù)所述探元個(gè)數(shù)、重疊像元個(gè)數(shù)計(jì)算理想焦面的探元個(gè)數(shù)；
[0010]根據(jù)總視場(chǎng)角、理想焦面探元個(gè)數(shù)計(jì)算相機(jī)本體坐標(biāo)系下理想焦面的探元每個(gè)探元指向角。
[0011]進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述拼接理想焦面和理想輔助參數(shù)，建立多相機(jī)拼接后的嚴(yán)格成像模型包括:
[0012]對(duì)軌道、姿態(tài)、行時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波處理，得到理想成像參數(shù)；
[0013]根據(jù)理想焦面相機(jī)本體坐標(biāo)系下探元指向角、理想安裝參數(shù)、理想成像參數(shù)，建立理想相機(jī)的嚴(yán)格成像模型。
[0014]進(jìn)一步地，所述根據(jù)真實(shí)參數(shù)，分別建立各個(gè)相機(jī)的嚴(yán)格成像模型，包括:
[0015]根據(jù)實(shí)時(shí)下傳的真實(shí)成像參數(shù)，以及經(jīng)過在軌幾何檢校后的各相機(jī)真實(shí)內(nèi)方位元素、真實(shí)相機(jī)安裝參數(shù)和真實(shí)外方位元素，其中，真實(shí)成像參數(shù)包括下傳軌道、下傳姿態(tài)、下傳行時(shí)數(shù)據(jù)；
[0016]分別建立各臺(tái)相機(jī)的嚴(yán)格成像模型。
[0017]進(jìn)一步地，所述根據(jù)各個(gè)相機(jī)的嚴(yán)格成像模型，建立像點(diǎn)與地面點(diǎn)之間的正反算模型，包括:
[0018]根據(jù)理想相機(jī)的嚴(yán)格成像模型，建立理想像面上像點(diǎn)與地面點(diǎn)之間的正算模型，其中，建立矩形控制網(wǎng)，利用最小二乘法解算得到每個(gè)矩形格網(wǎng)的正算參數(shù)；
[0019]根據(jù)各臺(tái)相機(jī)的嚴(yán)格成像模型，建立地面點(diǎn)與像點(diǎn)之間的反算模型，其中，利用三角網(wǎng)差分原理，建立三角網(wǎng)模型，解算得到每個(gè)三角網(wǎng)變換參數(shù)，可利用變換參數(shù)反算地面點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)。
[0020]進(jìn)一步地，所述計(jì)算多相機(jī)拼接后像面上任一像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各臺(tái)相機(jī)上的像點(diǎn)并進(jìn)行重采樣、根據(jù)多相機(jī)拼接后理想像面輸出拼接后圖像包括:
[0021]利用理想像焦面確定輸出圖像范圍，將輸出像面分為N幅子圖像；
[0022]針對(duì)N幅子圖像中的任一子圖像的每個(gè)像元，正算得到其對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)坐標(biāo)；
[0023]以所述地面點(diǎn)坐標(biāo)為輸入，利用各臺(tái)相機(jī)的反算模型，計(jì)算該地面點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的相機(jī)像元位置；
[0024]在相機(jī)拼縫處，各臺(tái)相機(jī)地面點(diǎn)與像點(diǎn)之間的反算模型更新為單點(diǎn)三角網(wǎng)模型，解算得到兩相機(jī)拼縫處的反算模型；
[0025]計(jì)算理想相機(jī)像面上任一像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各臺(tái)相機(jī)上的像點(diǎn)坐標(biāo)；
[0026]讀取相機(jī)輸入圖像，并進(jìn)行重采樣，輸出拼接后圖像。
[0027]本發(fā)明提供的基于嚴(yán)格成像模型的多相機(jī)拼接方法，在高分辨率寬覆蓋遙感圖像處理過程中實(shí)時(shí)完成多相機(jī)數(shù)據(jù)的無縫拼接，提高高分辨率衛(wèi)星影像幅寬，解決多相機(jī)拼接精度較低穩(wěn)定性差的問題，為后續(xù)遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用提供精度更高、覆蓋面積更大的數(shù)據(jù)源。
【附圖說明】
[0028]圖1示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于嚴(yán)格成像模型的多相機(jī)數(shù)據(jù)拼接方法的流程圖。
[0029]圖2示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的基于嚴(yán)格成像模型的多相機(jī)數(shù)據(jù)拼接方法的流程圖。
[0030]圖3示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多相機(jī)圖像拼接前的示意圖。
[0031]圖4示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多相機(jī)圖像拼接后的示意圖。
[0032]圖5、6示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的拼接前多相機(jī)圖像的局部圖。
[0033]圖7示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的拼接后的多相機(jī)圖像的局部圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述，其中說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0035]圖1示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于嚴(yán)格成像模型的多相機(jī)數(shù)據(jù)拼接方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括:
[0036]步驟101，根據(jù)至少兩臺(tái)相機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，建立多相機(jī)拼接理想焦面。
[0037]在一個(gè)實(shí)施例中，所述根據(jù)至少兩臺(tái)相機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，建立多相機(jī)拼接理想焦面，包括:讀取多相機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，所述相機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)包括探元個(gè)數(shù)、重疊像元個(gè)數(shù)、總視場(chǎng)角、以及相機(jī)的焦距;根據(jù)所述探元個(gè)數(shù)、重疊像元個(gè)數(shù)計(jì)算理想焦面的探元個(gè)數(shù);根據(jù)總視場(chǎng)角、理想焦面探元個(gè)數(shù)計(jì)算相機(jī)本體坐標(biāo)系下理想焦面的探元每個(gè)探元指向角。
[0038]具體地，多臺(tái)相機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)包括探元個(gè)數(shù)和重疊像元個(gè)數(shù)，利用上述參數(shù)計(jì)算理想焦面的探元個(gè)數(shù)。例如相機(jī)A、B、C分別有N1、N2、N3個(gè)探元，A和B的重疊探元數(shù)SN12，B和C的重疊探元數(shù)位N23,則總探元數(shù)為N=NdNdN3-N12-N23t5理想焦面焦距為多臺(tái)相機(jī)焦距的平均值，如相機(jī)fA、fB、fe，根據(jù)總視場(chǎng)角和理想焦面探元個(gè)數(shù)計(jì)算相機(jī)本體坐標(biāo)系下每個(gè)探元指向角。
[0039]步驟102，根據(jù)所述拼接理想焦面和理想輔助參數(shù)，建立多相機(jī)拼接后的嚴(yán)格成像模型。
[0040]在一實(shí)施例中，包括:對(duì)軌道、姿態(tài)、行時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波處理，得到理想成像參數(shù);根據(jù)理想焦面相機(jī)本體坐標(biāo)系下探元指向角、理想安裝參數(shù)、理想成像參數(shù)，建立理想相機(jī)的嚴(yán)格成像模型。
[0041]步驟103，根據(jù)真實(shí)參數(shù)，分別建立各個(gè)相機(jī)的嚴(yán)格成像模型。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，該步驟包括:根據(jù)實(shí)時(shí)下傳的真實(shí)成像參數(shù)，以及經(jīng)過在軌幾何檢校后的各相機(jī)真實(shí)內(nèi)方位元素、真實(shí)相機(jī)安裝參數(shù)和真實(shí)外方位元素，其中，真實(shí)成像參數(shù)包括下傳軌道、下傳姿態(tài)、下傳行時(shí)數(shù)據(jù);分別建立各臺(tái)相機(jī)的嚴(yán)格成像模型。
[0043]步驟104，根據(jù)各個(gè)相機(jī)的嚴(yán)格成像模型，建立像點(diǎn)與地面點(diǎn)之間的正反算模型。
[0044]在一個(gè)實(shí)施例中，該步驟包括:根據(jù)理想相機(jī)的嚴(yán)格成像模型，建立理想像面上像點(diǎn)與地面點(diǎn)之間的正算模型，其中，建立矩形控制網(wǎng)，利用最小二乘法解算得到每個(gè)矩形格網(wǎng)的正算參數(shù);根據(jù)各臺(tái)相機(jī)的嚴(yán)格成像模型，建立地面點(diǎn)與像點(diǎn)之間的反算模型，其中，利用三角網(wǎng)差分原理，建立三角網(wǎng)模型，解算得到每個(gè)三角網(wǎng)變換參數(shù)，可利用變換參數(shù)反算地面點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)。
[0045]步驟105，計(jì)算多相機(jī)拼接后像面上任一像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各臺(tái)相機(jī)上的像點(diǎn)并進(jìn)行重采樣，根據(jù)多相機(jī)拼接后理想像面輸出拼接后圖像。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，該步驟包括利用理想像焦面確定輸出圖像范圍，將輸出像面分為N幅子圖像;針對(duì)N幅子圖像中的任一子圖像的每個(gè)像元，正算得到其對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)坐標(biāo)；以所述地面點(diǎn)坐標(biāo)為輸入，利用各臺(tái)相機(jī)的反算模型，計(jì)算該地面點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的相機(jī)像元位置;在相機(jī)拼縫處，各臺(tái)相機(jī)地面點(diǎn)與像點(diǎn)之間的反算模型更新為單點(diǎn)三角網(wǎng)模型，解算得到兩相機(jī)拼縫處的反算模型;計(jì)算理想相機(jī)像面上任一像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各臺(tái)相機(jī)上的像點(diǎn)坐標(biāo);讀取相機(jī)輸入圖像，并進(jìn)行重采樣，輸出拼接后圖像。
[0047]圖2示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的基于嚴(yán)格成像模