[发明专利]基础设施测绘系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年8月21日提交的序号为13/590,735的美国专利申请(现在被授权为美国专利第8,483,960号)的优先权，序号为13/590,735的美国专利申请是于2010年4月13日提交的序号为12/798,899的美国专利申请的部分继续申请案，序号为12/798,899的美国专利申请要求于2006年10月11日提交的序号为11/581,235的美国专利申请(现在被授权为美国专利第7,725,258号)的优先权，序号为11/581,235的美国专利申请要求于2003年9月18日提交的序号为10/664,737的美国专利申请(现在被授权为美国专利第7,127,348号)的优选权，序号为10/664,737的美国专利申请要求于2002年9月20日提交的序号为60/412,504的美国临时专利申请“Vehicle Based Data Collection and Processing System(基于运载工具的数据收集和处理系统)”的优先权。于2013年8月21日提交的序号为13/590,735的美国专利申请还是于2009年8月5日提交的序号为12/462,533的美国专利申请的部分继续申请案，序号为12/462,533的美国专利申请是于2002年8月28日提交的序号为10/229,626的美国专利申请(现在被授权为美国专利第7,893,957号)的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及远程成像技术的领域，更具体地，涉及在很大的视场内，绘制高分辨率、高精度、低失真数字图像的系统。

背景技术

遥感成像是广泛应用的技术，其具有许多不同并且极其重要的实际应用例如地质填图和分析，以及气象预报。基于航空和卫星的摄影和成像是特别有用的远程成像技术，近年来，这些远程成像技术变得极为依赖于对数字图像的数据包括光谱参数、空间参数、高程参数以及运载工具或平台的位置和方位参数的收集和处理。现在能够以数字格式收集、处理和传送空间数据——空间数据表征真实的房屋修建和房屋位置，道路和高速公路，环境危害和状况，公用事业基础设施(例如，电话线，管道)和地球物理特征——以便方便地为各种应用(例如，动态GPS测绘)提供高度精确的测绘和侦测数据。高程数据可用于提高整个系统的空间和位置精度，并且可以从现有的数字高程模型(DEM)数据集获得，或者和光谱传感器数据一起从基于多普勒的主动辐射测量装置来采集，或者从被动的立体摄影计算来采集。

遥感成像应用面对的主要挑战是空间分辨率和光谱保真。诸如球面像差、散光、场曲、失真和色差的摄影问题是在任何传感器/成像应用中都必须处理的公知问题。某些应用要求很高的图像分辨率，通常具有英寸尺度的容差。取决于使用的特定系统(例如，汽车、飞机、卫星、航天器或平台)，实际的数字成像装置可以位于离其目标数英尺到数英里的任何位置，导致极大的比例因子。提供具有极大比例因子还具有英寸尺度分辨率容差的图像对甚至最鲁棒的成像系统也提出了挑战。从而，常规系统通常必须在分辨率质量和能够成像的目标区域的大小之间作出折衷。如果系统被设计成提供高分辨率数字图像，则成像装置的视场(FOV)一般较小。如果系统提供较大的FOV，则光谱和空间数据的分辨率通常被降低并且失真增大。

正射成像是为试图解决该问题而使用的一种方法。通常，正射成像通过编辑目标的各不相同的子图像来绘制目标的合成图像。一般来说，在航空成像应用中，具有有限的范围和分辨率的数字成像装置顺序地记录目标区域的固定分区的图像。随后按照某种顺序对齐这些图像，从而绘制目标区域的合成图像。

通常，这样的绘制处理非常费时并且工作量巨大。在许多情况下，这些处理需要显著恶化图像质量和分辨率的迭代处理，尤其是在绘制成千上万的子图像的情况下。在能够自动处理成像数据的情况下，该数据通常被反复变换和采样，从而随着每个连续操作降低了色彩保真和图像锐度。如果采用自动化的校正或均衡系统，则这样的系统可能对图像异常(例如，反常地明亮或黑暗的物体)敏感，导致过度校正或校正不足和图像数据的不可靠判读。在需要或者期望对图像进行人工绘制的情况下，时间和劳动成本极大。

因此，需要一种提供测量精度、稳定性和可重复成像的度量相机系统。特别是，需要一种下述正射图像绘制系统及可选的倾斜图像绘制系统：该系统为包括基础设施的极大的FOV和相关的数据集提供高效且通用的成像，同时保持这种度量图像的质量、精度、位置精度和清晰度。另外，在计划、采集、导航和处理所有相关操作的每个阶段中大量应用了自动化算法。

发明内容