机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法组成比例

本发明专利技术涉及遥感测绘技术领域，具体提供一种机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法，包括：S1：激光雷达的成像中心和高光谱成像仪的成像中心经过空间中的同一个原点；在所述原点，获取激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第一角度数据和第一距离数据及高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第二角度数据和光谱数据；S2：获取激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第三角度数据及高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据；S3：确定高光谱成像仪的第二距离数据；S4：确定像素对应地物点的高程，将高程与光谱数据融合。本发明专利技术为高光谱成像仪的每个像素对应地物点匹配准确的高程值，提高了高光谱影像的正射校正精度。

【技术实现步骤摘要】
机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法
本专利技术涉及遥感测绘
，具体是一种机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法。
技术介绍
数字正射影像图(DigitalOrthophotoMap，简写DOM)相当于是正摄投影的航摄相片，但是实际通过航拍得到的航摄相片是中心投影，而且还存在因为相片倾斜和地面起伏产生的像点位移。这种航摄相片由于精度不够，不能够精确客观的表示地物的形状和空间位置。原始的航摄相片需要经过处理，才能得到正射图像，这一处理过程称之为相片纠正。航摄相片通过相片纠正后得到地球表面的真实描述，即所有被观察的物体的每一个像素点，都被垂直的投射到同一个平面上，对于地球而言是投射到切面上。同传统的地形图相比，数字正射影像图具有信息量大、形象直观、易于判读和现势性强等诸多优点，因而常被应用到地理信息系统(GIS)中。遥感图像的正射校正是非常重要的，对于精确遥感是必不可少的。而对于不平坦的地面，如山脉，丘陵，森林，建筑物等就必须要有准确的高程。尤其对于低空无人机载遥感，因为地物高度相对于飞行高度占比非常高，则高程的准确性格外重要。相机的中心点和边缘的成像会有区别，这是光学系统造成的，这种误差是系统误差，可以通过一次修正解决。但是地形的高低是随机的，地形是影响正射校正的最主要因素。在遥感测绘领域，地表的高程用数字高程模型(DigitalElevationModel，简称DEM)或地表高程(DigitalSurfaceModel，缩写DSM)表示。激光雷达是一种获得高精度DEM/DSM的设备，现有技术在做高光谱影像(或者其他影像)的正射校准也会用到激光雷达的数据。但是所采用的方法是，分别获得DEM/DSM数据，再通过纹理(图像的一些特征，比如一道墙)人为布置的特征点，来进行匹配融合。但是这些方法的误差较大，且无法为影像上的每一个像素点提供较为准确的高程值，而没有准确的高程值就不能进行准确的正射校准。对于特征点模糊的地物(比如林冠)，这种匹配融合的方法常常会失效。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法，主要作用是为高光谱成像仪的每个像素对应地物点匹配准确的高程值。本专利技术借助一体机，可以为遥感图像的每个像素对应地物点提供准确的高程，为正射校准及其它校准提供了非常好的前提条件。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法，所述匹配方法包括以下步骤：S1：激光雷达的成像中心和高光谱成像仪的成像中心经过空间中的同一个原点；在所述原点，获取激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第一角度数据和第一距离数据以及高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第二角度数据和光谱数据；S2：在激光雷达的成像中心经过所述原点时，用IMU获取的一体机的三维角度数据对第一角度数据进行转换，得到激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第三角度数据，在高光谱成像仪的成像中心经过所述原点时，用IMU获取的一体机的三维角度数据对第二角度数据进行转换，得到高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据；S3：依据所述第三角度数据和第一距离数据，以及第四角度数据，确定高光谱成像仪对应第四角度数据的第二距离数据；S4：依据高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据和第二距离数据，确定所述像素对应地物点的高程，并将高程与光谱数据融合。可选地，所述激光雷达的成像中心和高光谱成像仪的成像中心的连线与一体机的航向平行设置。可选地，所述步骤S1还包括：根据一体机的航速以及激光雷达的成像中心到高光谱成像仪的成像中心之间的距离计算得到高光谱成像仪的成像中心到激光雷达的成像中心的运动时间，所述运动时间为从高光谱成像仪的成像中心运动到激光雷达的成像中心的时间，或者从激光雷达的成像中心运动到高光谱成像仪的成像中心的时间。可选地，所述步骤S1具体包括：在高光谱成像仪的成像中心经过所述原点时，计算出高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第二角度数据；根据所述运动时间，在激光雷达的成像中心经过所述原点时，计算出激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第一角度数据和第一距离数据；或者在激光雷达的成像中心经过所述原点时，计算出激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第一角度数据和第一距离数据；根据所述运动时间，在高光谱成像仪的成像中心经过所述原点时，计算出高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第二角度数据。可选地，所述步骤S2具体包括：在激光雷达的成像中心经过所述原点时，用IMU获取的一体机的三维角度数据对第一角度数据进行欧拉变换，得到激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第三角度数据；根据所述运动时间，在高光谱成像仪的成像中心经过所述原点时，用IMU获取的一体机的三维角度数据对第二角度数据进行欧拉变换，得到高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据。可选地，所述步骤S3具体包括：针对所述原点，当高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据与激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第三角度数据相同时，得到高光谱成像仪的成像中心到所述像素对应地物点的第二距离数据与激光雷达的成像中心到所述点云对应地物点的第一距离数据相同，当高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据与激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第三角度数据不同时，通过选取激光雷达在所述像素对应地物点附近点云对应地物点中的若干个点云对应地物点的第一角度数据对应的第一距离数据，采用插值法计算出激光雷达的成像中心到所述像素对应地物点的第一距离数据，根据激光雷达的成像中心和高光谱成像仪的成像中心均在所述原点，得到高光谱成像仪的成像中心到所述像素对应地物点的第二距离数据与激光雷达的成像中心到所述像素对应地物点的第一距离数据相同。可选地，所述步骤S4具体包括：将高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据转换为旋转矩阵；将旋转矩阵和第二距离数据相乘，计算得到所述像素对应地物点相对于一体机的相对高程，相对高程再加上一体机的海拔高度得到所述像素对应地物点的绝对高程；将绝对高程与光谱数据融合。可选地，所述步骤S4中将高程与光谱数据融合具体包括：在高光谱成像仪的光谱数据中加入每个像素对应地物点的绝对高程，得到最终的光谱数据。可选地，所述激光雷达的成像中心为激光雷达各激光反延长线的焦点，所述高光谱成像仪的成像中心为镜头的焦点。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术利用一体机的特点，将激光雷达和高光谱成像仪获取的数据统一在一个坐标系下，在这个坐标系中，可以为高光谱成像仪的每一个像素对应地物点计算出准确的从成像中心到像素对应地物点的距离；从而可以计算出每一个像素对应地物点的高程值，大大提高了高光谱影像的正射校准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法，其特征在于，所述匹配方法包括以下步骤：/nS1：激光雷达的成像中心和高光谱成像仪的成像中心经过空间中的同一个原点；在所述原点，获取激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第一角度数据和第一距离数据以及高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第二角度数据和光谱数据；/nS2：在激光雷达的成像中心经过所述原点时，用IMU获取的一体机的三维角度数据对第一角度数据进行转换，得到激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第三角度数据，在高光谱成像仪的成像中心经过所述原点时，用IMU获取的一体机的三维角度数据对第二角度数据进行转换，得到高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据；/nS3：依据所述第三角度数据和第一距离数据，以及第四角度数据，确定高光谱成像仪对应第四角度数据的第二距离数据；/nS4：依据高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据和第二距离数据，确定所述像素对应地物点的高程，并将高程与光谱数据融合。/n

【技术特征摘要】
1.机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法，其特征在于，所述匹配方法包括以下步骤：
S1：激光雷达的成像中心和高光谱成像仪的成像中心经过空间中的同一个原点；在所述原点，获取激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第一角度数据和第一距离数据以及高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第二角度数据和光谱数据；
S2：在激光雷达的成像中心经过所述原点时，用IMU获取的一体机的三维角度数据对第一角度数据进行转换，得到激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第三角度数据，在高光谱成像仪的成像中心经过所述原点时，用IMU获取的一体机的三维角度数据对第二角度数据进行转换，得到高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据；
S3：依据所述第三角度数据和第一距离数据，以及第四角度数据，确定高光谱成像仪对应第四角度数据的第二距离数据；
S4：依据高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第四角度数据和第二距离数据，确定所述像素对应地物点的高程，并将高程与光谱数据融合。


2.根据权利要求1所述的机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法，其特征在于，
所述步骤S1中，激光雷达的成像中心和高光谱成像仪的成像中心的连线与一体机的航向平行设置。


3.根据权利要求2所述的机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法，其特征在于，
所述步骤S1还包括：
根据一体机的航速以及激光雷达的成像中心到高光谱成像仪的成像中心之间的距离计算得到高光谱成像仪的成像中心到激光雷达的成像中心的运动时间，所述运动时间为从高光谱成像仪的成像中心运动到激光雷达的成像中心的时间，或者从激光雷达的成像中心运动到高光谱成像仪的成像中心的时间。


4.根据权利要求3所述的机载激光雷达和高光谱成像仪一体机的坐标匹配方法，其特征在于，
所述步骤S1具体包括：
在高光谱成像仪的成像中心经过所述原点时，计算出高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第二角度数据；
根据所述运动时间，在激光雷达的成像中心经过所述原点时，计算出激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第一角度数据和第一距离数据；或者
在激光雷达的成像中心经过所述原点时，计算出激光雷达的成像中心到点云对应地物点的第一角度数据和第一距离数据；
根据所述运动时间，在高光谱成像仪的成像中心经过所述原点时，计算出高光谱成像仪的成像中心到像素对应地物点的第二角度数据。


5.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：任立新，朱湘宁，韩善龙，
申请(专利权)人：北京依锐思遥感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11