[发明专利]一种无控制DEM配准方法

摘要

在一些地形条件极其复杂的地区，由于观测受到限制，很难在图上选取同名控制点进行配准。在无控制高程配准中，最近邻点迭代算法迭代收敛速度很快，但是由于计算距离比较复杂，整体计算效率不高，且对于存在尺度变换的数据无法正确匹配；最小高程差算法迭代收敛速度较慢，但是计算量小，计算效率很高。针对两种经典无控制配准算法存在的问题，结合最近邻点迭代算法和最小高程差算法的优点，提出一种无控制DEM配准方法，该方法成功避免了最小高程差算法由于初始值的选择而导致的收敛速度慢的问题，提高了无控制高程的收敛速度和配准精度。

主权项

1.一种无控制DEM配准方法，其特征在于：包括以下步骤，1)用ICP算法进行初始配准，获取初始转换参数，并将此转换参数作为初始值；2)采用LZD算法进行精确配准；①将步骤1)得到的六个转换参数作为LZD配准的初始转换信息；基准模型与待配准模型之间对应的数学转换关系如下：其中，(XR,YR,ZR)是参考DEM的坐标，(XT,YY,ZT)是对参考数据修改后待配准DEM的坐标；ΔX,ΔY,ΔZ,S,R分别为两个DEM之间的平移参数、比例缩放系数和旋转参数矩阵；利用ICP算法求解参考DEM和经处理后的待配准DEM之间的变换参数，并通过式(3)对待配准DEM进行坐标变换。其中，(XR1,YR1,ZR1)是经过ICP算法配准后，与基准DEM接近的第一组近似坐标；(X1,Y1,Z1)是修改后的变形模型DEM的坐标；ΔX1，ΔY1，ΔZ1和R1分别表示基准DEM与处理后的待配准DEM经ICP算法配准所得到的平移和旋转矩阵参数；将经过ICP算法所得到的6个转换参数作为LZD配准的初始参数，再采用LZD算法进行精确配准运算，并通过式(4)进行两模型间的转换；其中，(XR2,YR2,ZR2)是经过LZD算法配准后，与参考DEM对应的第二组近似坐标；ΔX2,ΔY2,ΔZ2,S和R2分别表示参考DEM与经过ICP算法配准后的近似模型之间的平移参数、尺度系数和旋转矩阵。将式(3)所得到的6个转换参数作为LZD配准的初始值，然后，通过式(4)迭代求解参考DEM和待配准DEM之间的7个精确转换参数；因此，将式(3)、式(4)整理到一起可以得到最终的无控制配准表达式如下：3)采用高程差分估计模型，在迭代过程中对不同精度的高程点进行自适应加权处理，消除或削弱了由于地表形变所引起的配准误差，从而保证了算法的精度；具体步骤如下：①假设两模型间任意对应点的高程差为(dZi)，其周围8个对应点间的高差均值为②将两模型间任一非边缘点的高差dZi与其8个相邻的高差均值dZm做差，得到(ΔdZ＝dZi‑dZm)，显然，每一个高程值Zi与ΔdZ是一一对应的，根据新的统计量ΔdZ对每一个观测值赋予不同的权值，以消除或削弱由于地表变形引起的匹配误差；规则如下：只有权为1的观测值参与匹配，其余观测值在匹配过程中被剔除。