基于视频卫星影像的DSM生成技术研究

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在遥感领域,基于遥感图像的三维重建是由来已久的问题,在此基础上,基于遥感数据生成高精度数字表面模型(DSM)正在被越来越多的应用领域所需要。近年来,随着视频卫星的出现和摄影测量技术的不断进步,基于视频卫星影像的DSM生成技术得到了学术界的广泛关注。本文基于吉林一号视频卫星数据,结合视频卫星成像的特点、遥感场景的复杂性以及DSM精度的要求,开展了基于视频卫星影像的DSM生成技术的相关研究,主要工作包含以下几个方面:首先,着重分析了原始视频卫星影像的特性,同时结合立体匹配阶段对于视频卫星影像的基本要求,设计了视频卫星影像预处理方案。根据视频卫星成像基本原理以及视差统计结果发现原始视频卫星影像存在凝视观测目标区域在垂轨方向不对齐的问题,针对这个问题,对原始视频卫星影像进行基于分层筛选特征点的视频稳像处理,使得视频帧间在垂轨方向基本对齐,此外对原始视频卫星影像进行增强处理提高影像的质量,最终得到了满足立体匹配基本要求的校正影像。然后,通过对传统立体匹配算法进行分析,针对遥感影像纹理复杂,传统的基于灰度的立体匹配算法无法做到自适应地调整窗口尺寸,进而导致立体匹配中存在大量的误匹配点造成视差结果不够精确的问题,提出了一种基于梯度的窗口尺寸自适应立体匹配算法,此外,从理论上分析了误匹配点产生的原因,并结合视频卫星的特点,提出多视立体匹配校正策略对初次立体匹配结果进行校正,最终得到了更为精确的立体匹配视差结果。最后,对视频卫星影像的高程解算展开了研究。首先尝试从成像几何模型的角度出发,基于经验参数推导论证得出了利用几何模型方法解算影像中包含目标区域的高程信息不可行的结论,继而转到利用基于摄影测量的相关原理进行高程解算。具体来说,首先基于控制点数据利用区域网平差技术对影像的有理函数模型(RFM)进行补偿优化,提高定位精度,然后利用空间前方交会技术实现目标区域的高程解算,根据解算的高程结果得到初步DSM数据,最后,结合视频帧序列的特性对高程解算的误差进行分析,提出多视高程融合策略,提升了最终生成的视频卫星影像DSM的质量。
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