基于视差角参数空间的航空近景多源影像联合平差技术研究

Buildings, trees and other shelters give rise to the information loss of ground part in aerial oblique photogrammetry, thus fusion of aerial and ground close-range images to achieve urban complete modeling has become a research focus. The joint adjustment technology can restore the exact location of the cameras on two platforms, but it is necessary to deeply research on the technical difficulties. Applicants found that the adjustment model based on parallax angle parameters space representation has a non-singularity, estimated unbiased, low error sensitivity and strong linear four characteristics, when it is utilized to process only aerial image or only ground images. This project will extend the previous model and propose a joint bundle adjustment using both point and line features. Firstly, a point extraction and matching technique based on building self-similar structures is studied for large-angle photography aerial image. Secondly, in order to increase the constraint of the adjustment optimization of overlap between aerial and ground, a line extraction and matching technique based on homography transformation is studied. Finally, the analysis of the overall local accuracy, the number of two types of observation and distribution, etc., reveal nonlinear optimization properties of the joint adjustment model. This project will expand the generalized adjustment theory in the photogrammetry field, and provide theoretical and experimental basis for the fusion of aerial and close-range multi-source images.

建筑物、树木等遮挡造成航空倾斜摄影地面部分信息缺失，融合地面近景测量影像数据实现城市完整性建模已成为研究热点，其中联合平差技术是恢复两平台多源影像精确位置关键技术，其技术难点有待于进一步研究攻克。申请者在前期研究中发现视差角参数空间的光束法平差模型在单独处理航空或者近景影像时，非线性优化过程具有非奇异性、估计无偏性、低粗差敏感性和强线性四大数学特性。本课题扩展前期模型，拟用点、线共同观测的视差角参数空间平差模型来实现航空、地面多源影像联合平差。首先，针对大交角航空地面影像同名点提取问题，拟研究建筑物自相似结构的点提取匹配技术。其次，在平差过程中为增加航空地面重叠区域约束限制性，拟研究建筑物表面单应变换的线提取匹配技术。最后，分析整体局部精度、两类观测量分布数目影响程度等，揭示联合平差模型非线性优化性能特征。本项目研究将完善摄影测量广义平差理论，为航空近景多源影像定向融合提供理论与实验依据。

建筑物、树木等遮挡造成航空倾斜摄影地面部分信息缺失，融合地面近景测量影像数据实现城市完整性建模已成为研究热点，其中联合平差技术是恢复两平台多源影像精确位置关键技术，其技术难点有待于进一步研究攻克。申请者在前期研究中发现视差角参数空间的光束法平差模型在单独处理航空或者近景影像时，非线性优化过程具有非奇异性、估计无偏性、低粗差敏感性和强线性四大数学特性。本课题扩展前期模型，采用点、线共同观测的视差角参数空间平差模型来实现航空、地面多源影像联合平差。首先，针对大交角航空地面影像同名点提取问题，研究建筑物自相似结构的点提取匹配技术。其次，在平差过程中为增加航空地面重叠区域约束限制性，研究建筑物表面单应变换的线提取匹配技术。最后，分析整体局部精度、两类观测量分布数目影响程度等，揭示联合平差模型非线性优化性能特征。本项目根据仿射相机模型从不同视角模拟相机投影，创造多余观测，对提取的线段集进行提纯和优化，获得更完整的直线段；试验结果表明提出的方法使获得的线段长度大大增加，极大地降低了分段效应，可以获得更多数量的有用线段，同时减少了冗余，将改进后的直线提取结果应用到直线匹配中，可以得到更完整、更多数量、更高正确率的匹配线段。以仿射变换模型和透视变换模型纠正倾斜影像的变形，消除视角差异，从正形影像上进行匹配，以提高匹配的成功率和正确率；试验结果表明本文提出的两种模型在不损失效率的情况下，匹配出的线段数量和正确率都有了极大的提升，同时，透视投影模型比仿射投影模型的提升效果更优。利用水平和竖直线条件约束建立非线性目标函数模型，进行自由网和绝对网平差优化处理；通过仿真和实测试验结果表明在只有3个地面控制点的情况下，与无水平和垂直线约束的光束法平差方法相比，提出的利用线特征约束的方法使定位精度可以提高50％。本项目研究将完善摄影测量广义平差理论，为航空近景多源影像定向融合提供理论与实验依据。