Orthorectification and Digital Elevation Model (DEM) Generation Using Cartosat-1 Satellite Stereo Pair in Himalayan Terrain

High resolution data have high relief displacement in hilly terrains. Development of Digital Elevation model helps to assess bio resources more accurately in such terrains. While estimating bio resources in the Himalayan hilly terrain using multispectral LISS-III data of 23 m spatial resolution, the need for orthorectifcation of satellite data was necessary to correct for spatial distances due to high undulating slopes. Therefore, Cartosat stereo pair based Digital Elevation Model (DEM) was generated using the Rational Polynomial Coefficients (RPC) supplied along with the data products. By using the DEM orthorectification of LISS-III was created. In order to evaluate the positional accuracy of ortho rectified LISS-III Ground control points were selected using the Global Positioning System in differential GPS mode. As there is variation in the spatial distances and height over few points, the GCP corrected DEM was used for ortho rectifcation of Cartosat PAN and LISS-III data. This paper presents the procedure followed for ortho rectification and digital elevation model generation using Cartosat stereo pair data. The result of the study indicated high spatial resolution stereo images helped generation of three dimensional mountainous regions more accurately which helps in estimating the bio resources using multispectral LISS III data.

高山峡谷多视卫星立体像对真三维重建

为解决大面积艰险条件下高山峡谷真三维重建难题,提高卫星影像空间及光谱分辨率,以中国西藏某高山峡谷流域Pleiades卫星立体像对为切入点,探讨了RPC轨道参数校正、SIFT算子优化密集匹配等卫星影像三维重建关键技术,构建无控定位条件下全色、多光谱及融合状态下真三维重建模型。结果表明:3种方案下多视卫星立体像对匹配点误差均小于1个像素,全色方案匹配点精度达到0.67个像素,丰富了1∶5千、1∶1万地形图测绘、地质灾害早期识别及监测、高海拔地区冰川演变分析手段及方法。研究成果可为卫星影像真三维重建提供借鉴。

利用正射影像立体像对的无人机测图系统

利用无人机影像通过传统立体像对模型测图时需要频繁切换像对,将无人机影像制作为实景三维模型测图时则需频繁平移、缩放和旋转模型,两种方式都存在效率低的问题。正射影像立体像对可将成百上千个立体像对的左右片各自无缝拼接起来,形成覆盖超大范围的立体像对。开发了基于正射影像立体像对的无人机测图系统,作业模式与传统立体像对相似,但避免了像对切换,提高了作业效率。在多个项目中开展了1∶2000测图实验,该系统平面精度约为0.2 m,高程精度为0.2~0.4 m。

基于Landsat 8 OLI和资源3号立体像对数据的桉树森林蓄积量估测

【目的】探索Landsat8 OLI数据和立体数据在估算桉树森林蓄积量(forest stock volume,FSV)中的潜力,并且准确地估计桉树的FSV。【方法】以3幅Landsat8 OLI图像和资源3号立体数据为遥感数据源,并且结合少量地面调查数据实现了桉树FSV的遥感估计。研究中提取了三类遥感特征用于估计桉树FSV:第一类是包括植被指数和单波段反射率在内的光谱特征;第二类是基于Landsat 8 OLI图像的单波段提取的8种纹理特征;第三类是基于资源3号立体像对数据和开源的数字高程模型(digital elevation model,DEM)提取的冠层高度模型(canopy height model,CHM)。利用Boruta算法对三类遥感特征进行提取,之后建立了随机森林(random forest,RF)、K-最近邻(K-nearest neighbor,KNN)和支持向量机(support vector machine,SVM)3种机器学习模型以及传统的多源线性回归模型(multiple linear regression,MLR),并以决定系数(R2)、均方根误差(root mean square error,RMSE)和相对均方根误差(relative root mean square error,rRMSE)作为评价指标对模型结果进行评估。【结果】基于ZY-3立体像对数据和开源的DEM数据提取的CHM与桉树的FSV具有很强的相关性,Pearson相关系数达到了0.71。仅仅利用基于Landsat 8 OLI图像提取的光谱和纹理特征难以准确2地估计桉树的FSV,估测模型的R为0.29~0.38,rRMSE为35.65%~43.30%,存在严重的数据饱和问题。2当变量集中加入CHM后,模型的估测精度明显提高,R达到了0.64~0.66,rRMSE为25.74%~26.41%。【结论】使用Landsat 8 OLI数据估算桉树FSV时存在严重的数据饱和问题,并且使用空间分辨率为30 m的纹理特征难以有效地改善森林蓄积量的估计精度。利用资源3号立体像对数据和开源的DEM数据可以提取较为准确的CHM,并且所提取的CHM可以解决改善光学数据的饱和问题,从而提高桉树FSV的估计精度。

亚米级宽幅卫星边缘视场影像的DSM生成研究

宽幅卫星影像常用于小侧摆角条件下拍摄制作大面积的正射影像成果,针对其具有大视场角的特点,提出了大视场角边缘视场结合小侧摆角构建立体像对制作DSM成果的方案。方案分析了宽幅卫星影像特点,选取边缘视场标准景分幅影像结合拍摄侧摆角构建卫星立体像对,阐述了数据处理技术流程。通过“吉林一号”宽幅系列卫星影像进行了DSM成果制作实验,并开展了不同太阳高度角条件下拍摄获取的影像制作的DSM成果纹理质量对比实验。实验结果表明,该方案可实现基高比大于0.5的立体条件,并获取高精度DSM成果,精度可满足1∶10000比例尺的DSM制图要求。此外,对比实验表明,太阳高度角越大,DSM成果纹理越清晰。

基于遥感立体像对实现三维模型LOD1.3级快速构建

介绍了一种基于遥感立体像对实现城市三维模型LOD1.3级快速建模的方法。该方法首先使用高分辨率遥感立体影像进行空三加密,确保立体影像在平面和高程上的精度。然后,利用专业软件构建三维实体。实例证明,这种方法能够快速、高效地构建建筑物三维立体模型。

浅谈地形级实景三维生产中的问题分析及处理

近年来卫星遥感技术高速发展,高分辨率卫星立体像对广泛应用于智慧城市、环境监测、灾害评估、农业监测、气候变化、实景三维建设等领域。本文以吉林省地形级实景三维建设试验区为例,将利用高分辨率卫星立体像对进行地形级实景三维生产方法及3D产品(DEM、DSM、DOM)分析总结,从生产技术方法角度,阐述了地形级实景三维生产任务、内容要求、生产工作流程和技术方法,针对生产中出现的问题提出解决方案,具有一定的参考价值。

基于GeoEye-1立体像对影像提取建筑物高度的方法研究

在城市规划、公共管理、防灾减灾和导航等领域,高精度的城市建筑物三维信息发挥着重要作用。传统的建筑物高度信息获取方法具有成本较高、精度较低、时效性差的缺点。随着亚米级的高空间分辨率遥感卫星的发展和普及,基于遥感卫星立体像对数据反演建筑物高度信息的方法受到广泛关注。基于GeoEye-1卫星数据,本文提出了一种自动化程度较高的建筑物高度信息提取方法。首先,利用有理函数模型对GeoEye-1立体像对数据进行几何校正,生成数字表面模型;然后,基于多窗口滤波方法,在无须辅助数据的情况下,利用数字表面模型生成数字高程模型,通过叠置分析提取建筑物的高度信息;最后,根据建筑物轮廓数据绘制研究区建筑的高度分布图。研究结果表明,该方法在多种地表类型上提取出建筑物的高度信息具有较高的精度,具有操作简单、处理速度快等特点。

立体图像视频格式及其转换技术研究

在视差原理的基础上,结合双目立体视觉几何模型,得出裸眼立体显示的光路分布特点,并在此基础上研制成功立体显示器样机。对立体视图的映射关系做了详细解析,提出了合适的立体图像视频格式及其转换算法,实验结果表明研究方法和结论正确。

立体显示的双目模型算法及实现

三维立体显示技术是虚拟现实的关键技术,也是虚拟现实系统必不可少的基本条件,而深度感的正确形成又是立体显示技术的关键。介绍了采用体视原理进行自由立体显示的两种投影系统,并对照了各自的特征。分析了汇聚式双目系统的误差,给出了平行双目投影系统的算法推导和OpenGL的实现。最终以实验印证了算法的可靠性和准确性。

立体图像对的生成

获取同一场景的立体图像对是实现双目立体成像的一个关键问题。提出了一种在三维场景已经建好的情况下生成立体图像对的方法。该方法根据双目立体视觉的原理,利用3DSMAX中的摄像机对象对场景中的物体进行坐标变换和透视投影变换,分别生成左眼视图和右眼视图。实验结果表明,两个目标摄像机与三维模型的位置关系以及基线长度是影响立体效果的重要因素,改变目标摄像机与三维模型的位置,可以分别生成正视差、负视差的立体图像对,当AB与CO的比例参数为0.05时,生成的立体图像对的立体效果较佳。

立体图像对的极线校正

将Seitz方法和Francesco方法结合起来,给出了一种改进的极线校正方法。该方法利用改进的八点算法算出基本矩阵,根据基本矩阵采用Seitz方法计算投影变换矩阵,最后以算出的投影变换矩阵为初值采用Francesco方法对其进行最优化,从而有效地避免了最优化时陷入局部最优的可能,同时又不过分依赖基本矩阵的精度。通过对Francesco方法、Mallon方法和该方法进行对比实验,可以发现该方法具有更高的校正精度,图像的扭曲也比较小。

基于正射影像的地形双模立体景观构建方法

在基于正射影像的立体辅助影像制作方法和海量三维地形可视化等关键技术的研究基础上,综合虚拟三维地形和立体像对三维地形的优点,提出了一种新的双模式三维地形景观构建和显示方法。该方法利用正射影像、立体辅助影像和数字高程模型(DEM)等基础数据,生成基于正射立体像对的真三维立体景观和基于正射影像、DEM的虚拟三维地理景观有机结合的双模三维立体环境,在统一的数据组织、调度和景观漫游引擎的驱动下实现了两种三维场景的动态漫游、无缝切换和数据互联。

体视三维场景浏览器的实现

扼要介绍了裸眼立体显示的基本原理和发展概况,在此基础上分析了计算机立体显示软件的实现原理;根据人眼光学特征提出了一种基于DirectX的体视三维场景浏览器的程序设计方法,实现了一套视角差可调的三维模型体视观察系统;该系统为三维立体显示器提供了有效而广泛的观察源,推进了立体显示器的应用。

光栅式立体显示器重影问题的研究

光栅式自由立体显示设备由于存在重影问题而限制了它们在商业上的应用,文章从潘弄区和可视区域两个角度分析了光栅式自由立体显示设备产生重影问题的理论原因,并建立一个光学结构模型,推导出人眼所看到的实际像素强度公式。给出一种定义重影度的方法,经软件仿真得到重影度与人眼到显示屏幕距离的关系曲线,基于上述模型和定义对重影问题的改善进行了探讨。软件仿真结果显示通过改善边缘光栅结构能在一定程度上增大可视区域,减小人眼看到重影的几率。

不同模式Radarsat影像DEM提取及精度比较

利用摄影测量方法进行DEM提取是热带雨林地区雷达应用方向之一。以热带雨林地区平地、丘陵和山地混合地形区为研究对象,收集了F、S和W等不同波束模式的R adarsat-1 SAR影像9景,组合成6个不同类型的立体像对,进行DEM提取,探讨基于距离/多普勒构像方程的R adarsat影像的DEM提取方法。通过对DEM结果进行精度验证和比较,认为提取的DEM精度受多种因素影响,同种波束模式的立体配置,立体交会角越大,DEM精度越高;对于地表起伏较小的平地,DEM精度要高于丘陵山地区,该研究区DEM精度的平均误差可以达到14 m左右,RM SE可以达到29 m左右。

以SRTM-DEM为控制的光学卫星遥感立体影像正射纠正

针对全球测图缺少统一的控制基准的问题,提出了利用SRTM-DEM作为控制基准,对光学卫星遥感影像进行正射纠正的方法。首先,对光学卫星影像构建的立体影像对进行自由网平差并制作DEM;然后,以SRTM-DEM作为控制,将DEM作为单元模型,进行独立模型法DEM区域网平差,获得单元模型的定向参数;最后,改正立体影像的成像几何模型参数,进行正射纠正。选取湖北咸宁和江西某地两个测区的资源三号数据进行试验,试验结果表明,资源三号正视全色影像的平面定向精度由12.93像素提高到6.85像素。

基于裸眼立体显示的视频变换技术研究

裸眼立体显示图像和视频等数据源,要满足规定的格式才可以与特定的立体显示器相匹配.为了兼容传统的立体显示数据源格式,并立足于裸眼立体显示的要求,就新研制的裸眼液晶立体显示器提出了对数据格式的要求及其转换算法.

机器人立体视觉同步采集技术研究

针对立体对图像采集的同步性问题,提出一种基于DirectShow技术的实时同步采集方法。利用摄像数据流反馈实现左右格式立体对图像的同步采集,构建相应的过滤器图表、过滤器图表管理器,并关联左右两路摄像数据流,实时计算左右摄像图像视差,既满足了帧同步要求又解决了嵌入式方法实现的复杂性。系统试验表明,该方法能够实现双摄像采集的帧同步,不会出现左(右)图像"丢帧或失帧",获取的立体对图像能够满足立体视觉需要。可用于立体场景恢复重建、机器人测距及3D视频获取。

弱标定立体图像对的欧氏极线校正框架

为了快速且直观地对相机弱标定(即相机内参数已知而外参数未知)情况下的立体图像对进行欧氏极线校正,提出了一套完整的欧氏极线校正框架。首先,针对两视图对应相机的位姿信息估计问题,提出一种新的不依赖矩阵奇异值分解运算的本质矩阵分解和唯一解确定算法。然后,对传统欧氏极线校正问题进行推广,并利用估计出的相机位姿构造出具有明确几何意义的无穷单应变换对,进而将其施加到立体图像对来完成欧氏极线校正。最后,利用8组SYNTIM立体图像对验证了所提出校正框架的正确性和校正精度。实验结果表明:该欧氏极线校正框架不仅形式直观,计算简单,易于实现,而且具有明确的几何意义。与其他欧氏极线校正方法比较,提出的方法能够获得更高的校正精度,且更好地消除了立体图像对的水平或垂直视差。