无控制点航空影像几何校正技术研究

摘要

本文以江苏省基础地理空间信息框架项目-江苏省遥感影像应用服务平台(K11110BY8C)为依托，对历史航空影像的几何纠正技术进行了深入研究。
　　航空影像具有机动灵活、光学特性丰富、分辨率高等优点，不仅是基础地理数据产品的重要组成部分，还是生产其他基础地理数据的重要数据源。航空影像具有广泛的应用空间，可以用来更新基础地理数据、制作各种专题地图、土地变化检测、灾害调查与评估等等。对航空影像进行几何纠正是众多应用的基础，因此如何实现航空影像自动精确的几何纠正一直是摄影测量研究的重点问题。
　　航摄资料缺失的历史航空影像，无法使用摄影测量工作站快速实现像片的正射纠正。因此，本文设计了利用已知影像(2001年正射影像)进行历史航空影像(1990年航摄)几何纠正的技术方案。主要针对下面几个问题进行了深入研究，并取得了相应成果。
　　基于航空影像的空间信息，改进了SIFT(尺度不变特征变换)图像匹配算法。利用分块技术对航空影像进行格网划分，并根据每块影像的空间信息获取相应空间范围内的DOM(正射影像)影像，之后利用改进的SIFT图像匹配算法提取同名地物点。其中，航空影像的空间信息是根据航摄资料元数据，在简化了航摄过程的条件下，估算出来的航空影像的概略覆盖范围。对基于空间信息改进的SIFT匹配算法进行了实验，结果表明：获得的匹配点对精度相对较高。
　　根据航空影像框标的几何特性，设计了基于几何特征的框标自动精确定位算法，并结合像片内方位元素完成自动内定向。在DEM(数字高程模型)的支持下，利用影像匹配获得的航空影像控制点，设计了单像空间后方交会算法，实现了航空影像外方位元素解算。将解算出的外方位元素与同名地物点的大地坐标代入共线方程，得到的扫描坐标与其真实值在x、y方向的误差均方根分别为：0.156像元和0.134像元。由此可见，误差相对较小，解算结果比较可靠。
　　最后，利用反解法数字微分纠正技术，对已完成内定向和外方位元素解算的航空影像进行正射纠正。对纠正结果进行了叠加和随机采样检验，叠加结果表明：主要自然地物重叠良好，但存在一定的误差；随机采样结果显示：采样点在X和Y方向的误差均方根分别为7.829m和9.011m，并且在建筑密集区误差较小。

目录

文摘

英文文摘

图表目录

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 影像匹配研究现状

1.2.2 航空影像定向研究现状

1.3 研究目标和内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.4 技术路线和论文结构

1.4.1 技术路线

1.4.2 论文结构

第2章 影像匹配算法

2.1 影像匹配

2.2 特征匹配

2.2.1 特征匹配特性

2.2.2 特征匹配算法要素

2.3 SIFT特征匹配算法

2.3.1 算法介绍

2.3.2 算法原理

2.4 基于空间信息的SIFT匹配

2.4.1 航空影像覆盖范围计算

2.4.2 改进的搜索策略

2.4.3 SIFT匹配算法改进

2.5 结果与评价

2.5.1 实验结果

2.5.2 结果评价

第3章 航空影像定向

3.1 理论基础

3.1.1 航摄像片投影

3.1.2 常用坐标系

3.1.3 方位元素

3.1.4 旋转变换

3.2 自动内定向

3.2.1 基于特征的框标精确定位

3.2.2 坐标转换

3.3 单像空间后方交会

3.3.1 算法原理

3.3.2 算法设计

3.4 实验与结果评价

第4章 微分纠正

4.1 纠正方法

4.2 数字微分纠正

4.2.1 正解法

4.2.2 反解法

4.3 算法设计

4.4 实验与结果

4.4.1 叠加检验

4.4.2 随机采样检验

4.4.3 误差分析

第5章 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 展望

参考文献

在读期间参与课题与项目

致谢