[发明专利]一种机载LiDAR点云数据与航空影像的自动配准方法

说明书

本发明公开了一种机载LiDAR点云数据与航空影像的自动配准方法，包括步骤：一、点云数据与航空影像获取及控制点外业实测；二、影像预处理；三、影像匹配；四、控制点像片坐标获取；五、初次光束法区域网平差及外方位元素更新；六、点云数据与航空影像特征点匹配；七、待处理图像特征点像片坐标计算；八、影像匹配；九、集合更新；十、光束法区域网平差及外方位元素更新；十一、自动配准结束判断。本发明将航空影像的特征点与点云数据进行匹配实现机载LiDAR点云数据与航空影像的自动配准，能有效提高配准精度，并且计算量小，同时结合多个地面控制点的外业实测三维坐标进行配准，能有效适用于不同地形的点云数据与航空影像自动配准过程。

技术领域

本发明属于航空摄影测量技术领域，尤其是涉及一种机载LiDAR点云数据与航空影像的自动配准方法。

背景技术

INSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar；简称：干涉雷达测量)技术可以快速获取到高精度的数字表面模型(DSM)，经过数据处理后，已经被广泛应用到电力、林业、数字城市等领域，其获取的数据主要是离散激光点云(也称为Lidar数据、机载Lidar数据、Lidar点云数据或点云数据)，具有高精度的空间几何结构信息，但却缺乏光谱信息，从而无法获取地物专题数据。相反，传统的影像数据能够提供丰富的语义信息，因此将Lidar数据与影像联合起来使用，能有效提高遥感数据产品的精度、拓展遥感应用的深度和广度，是当前遥感领域的重要研究方向。

联合利用影像和点云数据的关键步骤就是将两者进行高精度配准，其中核心也是影像匹配技术。影像匹配是指通过一定的影像匹配算法在二维数据之间识别同名点，识别出的同名点也称为影像连接点。影像匹配可以用于不用的领域中，如摄影测量处理、数字图像处理、医学图像处理、遥感影像数据处理等方面，不同的应用领域对影像匹配有不同的要求。而点云数据与影像的配准是二维和三维数据之间的配准，不同于传统的二维数据匹配。由于影像是二维的，而点云数据是三维的，所以在配准过程中需要将点云数据进行内插，导致匹配精度偏低。想要达到高精度的配准结果，要求匹配点的精确度高，精度需达到1个像素以内。在实际应用中，匹配算法往往受到影像噪声、影像旋转和影像变形等影响，尤其是在航空摄影中，由于地形起伏、中心投影的摄影方式及飞行环境的影响，使航摄影像旋转及变形较大，使用现有的配准方法在自动处理过程中容易造成配准精确度不高的问题，因此需要使用精度高的配准模型。现有3D-3D的配准模型的数学表达和计算比较繁琐，配准模型不严格等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种机载LiDAR点云数据与航空影像的自动配准方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，将所提取出的航空影像的特征点与点云数据进行匹配实现机载LiDAR点云数据与航空影像的自动配准，能有效提高配准精度，并且计算量小，同时结合多个地面控制点的外业实测三维坐标进行配准，能有效适用于不同地形的点云数据与航空影像自动配准过程。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种机载LiDAR点云数据与航空影像的自动配准方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、点云数据与航空影像获取及控制点外业实测：采用机载LiDAR测量系统获取待测量区域的点云数据，并将所获取的点云数据传送至数据处理设备；所述点云数据中包括待测量区域的多个测点及各测点的三维坐标；

同时，在被测量区域布设多个地面控制点，并对各地面控制点的三维坐标进行外业实测，获得各地面控制点的实测三维坐标；再利用所布设的多个所述地面控制点，对被测量区域进行航空摄影测量，摄取被测量区域的多幅航空摄影图像，将所获取的多幅所述航空摄影图像同步传送至所述数据处理设备；每幅所述航空摄影图像均为数字影像且其均为二维影像；