三维遥感信息处理系统

三维遥感信息处理系统是采用VC ++开发的以WINDOWS 为运行平台的软件系统, 其模块构成如图。

三维遥感信息处理软件的模块结构

下面对各处理模块作简要描述。

1.数据的分解和检测。处理时首先将机载三维遥感数据按照设计的数据结构进行分解,分别得到原始图像数据、GPS 数据、姿态数据和激光测距数据。然后进行数据的检测和回放。检测的目的在于检查各种数据是否完善和有效。对获取的三维遥感数据进行检测是很关键的, 因为它关系到各种数据是否可以进行处理而得到满意的结果, 因而直接影响到三维遥感作业的成本和时间。

2.GPS 数据处理。利用地面基准站和飞机上流动站的GPS 原始数据进行相位事后差分处理, 可以得到高精度规格化的三维定位结果。规格化的GPS 结果还要经过脉冲时刻天线位置解算、每条扫描线机下点位置的解算、偏心矢量改正、高斯平面投影变换等处理过程才能计算出每个激光测距点所对应的空中GPS 位置。由于四种数据并不是一一对应的同步关系, 一行扫描图像对应分布着一定数量的激光测距数据, 同时对应一组姿态数据, 若干行扫描图像才对应一组GPS 位置数据。因此要得到每个激光点对应的位置和姿态, 必须进行数据的内插处理。

3.三维直接对地定位解算。根据扫描方式, 按照三维成像仪的定位原理, 就可以逐个计算每个激光采样点的三维坐标。激光点位置解算时要利用GPS 的三维位置数据、姿态数据及激光测距数据, 按照空间三角几何矢量关系快速解算出每个激光测距点的三维坐标。

4.DEM 的生成。依据一条航带内所有激光采样点的数据可以计算出坐标范围, 加上DEM 格网采样间隔, 就可以依次计算出所有激光采样点对应的格网坐标, 为了将DEM 数据和地学编码影像数据进行严格的匹配,DEM 的采样间隔和地学编码影像的像元分辨率保持一致, 这样得到了粗略的DEM 。再对该DEM 进行内插, 以推求出邻近没有激光采样点的DEM值, 最终得到每条航带的DEM 影像。

5.遥感图像的纠正。三维成像仪扫描获取地面图像时, 由于激光发射的重复频率有限,因此并不是每个图像像元都发射激光来进行测距, 而是每隔一定的间隔发射一次激光来获取该像元的激光测距值。一般每行图像上均匀分布着若干个具有三维位置的激光点, 图像上对应的激光采样点作为控制点可以用来纠正原始图像而得到地学编码图像。纠正中采用了多项式方法, 纠正后的图像再进行灰度内插, 即可以得到地学编码图像。

6.系统误差的探测和修正。三维成像仪处理的地学编码图像生成后, 还必须将多条航带的地学编码图像拼接成整个测区的遥感地学编码图像和DEM 影像图。但是由于系统误差的存在, 使得航带拼接出现问题, 因此要对航带间的系统误差进行确定和修正。

对于三维成像仪的飞行作业, 利用相邻飞行相反的两条航带就可以确定出航带间的系统误差。由于相邻两条航带之间有一定的重叠度, 在重叠区内必然会出现同名地物, 则它们的三维坐标从理论上讲应该一致。系统误差确定的依据是相邻航带的所有同名地物点的坐标应该相等, 如果坐标出现不等, 则为系统误差。

利用航带重叠区的同名点匹配算法就可以确定系统误差, 但由于相邻航带的重叠区域为不规则区域, 而且在搜索过程中, 相邻航带的重叠的区域大小也是变化的, 同时相邻航带重叠区内的灰度可能会存在系统偏差, 因此采用了重叠区域平均灰度差的最小的判断原则进行重叠区的区域匹配。

7.航带无缝拼接。对每条航带的地学编码图像和DEM 影像进行系统误差确定和修正后, 还必须将测区的所 有航带的图像拼接在一起, 形成整个测区的地学编码图像和DEM 影像, 此时必须处理左右航带在重叠区内出现的随机误差。拼接时要使测区影像拼接无缝, 灰度过渡自然, 就必须考虑重叠部分的左右两条航带的图像数据。利用各航带的影像坐标和尺度自动进行无缝拼接, 拼接过程中充分考虑重叠区的数据, 对重叠区的数据进行变权加权平均,保证拼接后的数据过渡平滑, 并根据测区内的影像进行统一的辐射校正, 保证整幅图像的灰度一致性。最后还要对图像进行平滑滤波和增强处理。

8.城市DEM 影像的三维显示。对于城市的三维DEM 影像即城市DEM 影像, 采用一般的商用软件和显示方法很难将城市DEM 进行逼真的三维显示(因为侧面没有信息, 也不同于自然地形)。