[发明专利]一种地表起伏区域激光测高点作为影像高程控制点方法

权利要求书

1.一种地表起伏区域激光测高点作为影像高程控制点方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，对位于地表起伏区域激光测高点的原始回波信号开展全波形处理和分析，获取该激光测高点地面足印范围内多个不同高度地表的高程值，并统计地表的最大高程值H_max和最小高程值H_min；

步骤2，将区域内的立体影像构建区域网，在立体影像内部和相邻景立体影像之间布置连接点，开展自由网平差，实现立体影像的高精度相对定向；

步骤3，将激光测高点足印影像与立体影像进行匹配和配准，获取激光测高点地面足印在立体影像上的位置和范围；

步骤4在立体影像上激光测高点地面足印范围内，采用半全局密集匹配算法开展立体影像密集匹配，生成地面三维点云；找出高程值最大和最小的地面三维点，并分别获取高程值最大和最小的地面三维点在立体影像上对应的像点坐标P_max和P_min；

步骤5，将激光测高点地面足印范围内的地表最大高程值H_max，作为利用立体影像密集匹配生成的激光测高点地面足印范围内的高程值最大的地面三维点在立体影像上对应像点坐标P_max的高程值，亦即获取了1个立体影像上的高程控制点；将激光测高点地面足印范围内的地表最小高程值H_min，作为利用立体影像密集匹配生成的激光点地面足印范围内的高程值最小的地面三维点在立体影像上对应像点坐标P_min的高程值，亦即又获得了1个立体影像上的高程控制点；

所述步骤1中，在地表起伏区域，激光测高仪发射的高斯波形的激光脉冲会被地面足印范围内的不同高度的地物多次反射并被星上激光接收单元接收，从而形成多个回波信号；所述步骤1具体包括：

步骤1.1，对回波波形进行去噪和平滑预处理，并采用多个高斯函数组合的最小二乘拟合分解方法对多个回波信号进行拟合；

步骤1.2，分别计算各个回波波形的拟合高斯形状的波峰位置与激光发射脉冲高斯波峰位置的时间差值Δt，采用公式(1)计算出导致激光脉冲多次回波的激光足印范围内各个地表点的激光测距值ρ：

式中，c为光速；

步骤1.3，根据激光指向角度、卫星姿态和轨道测量数据，可将步骤1.2获取的多个激光测距值ρ，换算成在地面大地坐标系下的多个高程值；统计最大高程值H_max和最小高程值H_min；

所述步骤2包括：

步骤2.1将区域内连续覆盖的卫星立体影像构建一个平差区域网；采用影像自动匹配为主，人工判读/量测为辅的方法布设密集的连接点；设置一个区域网平差模型；

步骤2.2逐点构建连接点的误差方程；

步骤2.3对误差方程进行法化，得到法方程；对法方程利用谱修正法迭代估计求解每张影像RFM的仿射变换参数、连接点对应地面点三维坐标改正数；

步骤2.4利用上步获取的改正数更新影像RFM仿射变换参数和连接点对应地面点三维坐标，重复步骤2.2—步骤2.3，通过平差迭代过程不断更新RFM仿射变换参数和连接点对应地面点三维坐标，直至影像RFM放射变换参数中的平移参数a₀，b₀小于阈值时，平差迭代结束；

步骤2.5平差迭代完成时，统计所有影像连接点的地面坐标通过RFM模型投影至影像上的投影坐标与其原始影像坐标的差值，即为像点精度，也就是平差后所能达到的像方精度；

所述步骤3包括：

步骤3.1，计算足印影像上激光足印中心点位置处像点的尺度不变特征转换特征SIFT，生成SIFT特征描述符；

步骤3.2，从立体影像中选取一张影像，根据激光测高点的地面经纬度坐标和高程值，利用影像的成像几何模型，计算激光测高点地面足印中心点在选定影像上的大致位置，并以此为中心，向四周外扩一定像素范围作为影像匹配的搜索范围；计算选定影像搜索范围内每个像素的SIFT特征，并生成其SIFT特征描述符；

步骤3.3针对选定影像搜索范围内每个像素的SIFT特征描述符，使用快速最近邻逼近搜索函数库搜索与足印影像上激光测高点足印中心点像素的SIFT特征的最邻近值，则该像素为激光测高点地面足印中心位置在选定影像上的像点坐标；

步骤3.4根据激光测高点足印在地面的直径，以及选定影像的空间分辨率，获得激光测高点地面足印在选定影像上的位置和范围信息；

步骤3.5依次从立体影像中选取其他影像，重复执行步骤3.2—步骤3.4，获取激光测高点地面足印在这些影像上的位置和范围信息；

所述步骤4具体包括：

步骤4.1，在获取的立体影像上激光测高点地面足印范围内，采用半全局密集匹配算法生成视差图，得到密集同名点，再利用立体影像成像几何模型进行空间前方交会获取每个同名点的地面三维坐标，生成地面三维点云；

步骤4.2，统计获取高程值最大的地面三维点，由于地面三维点自带在立体影像上的像素坐标信息，亦即获取了激光测高点地面足印范围内，地表最大高程值位置在立体影像上的像点坐标；

步骤4.3，统计获取高程值最小的地面三维点，同样亦即获取了激光测高点地面足印范围内，地表最小高程值位置在立体影像上的像点坐标。