【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及行星表面三维构建，具体涉及一种融合摄影测量与立体光度法的行星表面dem生成方法。
技术介绍
1、月球、火星等地外天体表面的高分辨率高精度数字高程模型(digital elevationmodel,dem)是开展着陆区选址、飞行导航、巡视器路径规划等工程任务的重要支撑数据。现有地外天体表面的数字高程模型产品通常是基于早期探测任务数据采用经典摄影测量方法制作的，其分辨率仍然在几十米至百米量级，已经不能满足深空探测工程应用需求。
2、行星表面三维重建的技术途径主要有基于影像三维重建的方法与基于激光雷达的遥感探测方法。其中，基于影像三维重建的方法的主要优势是测绘相机的作用距离广且重建地形的分辨率相对较高，但是影像三维重建模型的质量会受光照条件的制约。由于激光雷达属于主动式遥感探测设备，因此基于激光雷达的遥感探测方法的优点是具有较高的高程精度且不受光照条件限制，缺点是作用距离与重建分辨率有限。
3、基于影像的行星三维重建方法主要有摄影测量、运动恢复结构(structure frommotion,sfm)以及立体光度法(stereophotoclinometry,spc)。摄影测量与运动恢复结构方法在原理上更为接近，均是利用影像匹配重建三维地形信息，两种方法的主要优点是在工程应用上较为成熟，具有三维重建效率高、可以直接计算出绝对高程等优点，不足之处是生成三维地形的分辨率相对较低，通常为原始影像分辨率的3～5倍，并且在弱纹理区域的重建效果不佳，而行星遥感影像表面纹理稀疏，特征点匹配较为困难。立体光度法利用
4、近年来，立体光度法逐渐应用于行星探测任务中进行三维重建，其主要优势是可以获取更为精细的三维模型，能够更好地支持飞行导航、着陆区选址等工程任务。基于立体光度法三维重建技术，目前至少制作完成了17个小天体的三维模型，并且也有研究人员逐渐将立体光度法应用于月球、火星等较大天体。美国行星科学研究所(planetary scienceinstitute，psi)的robert gaskell研究员基于立体光度法重建原理开发了spc软件工具包，起初主要用于深空探测任务的光学导航，后来逐渐应用于行星表面的三维重建。psi利用立体光度法进行贝努小行星的三维重建，基于探测器接近段影像制作了格网间距为3m的低分辨率全球dtm，在着陆前利用大量影像数据制作了格网间距为5cm的全球dtm以及格网间距为0.5cm的局部精细dtm。美国喷气推进实验室(jet propulsion laboratory，jpl)基于立体光度法，利用38000张“黎明号”影像制作了格网间距为100m的谷神星(ceres)三维模型。
5、虽然基于立体光度法的三维重建方法在行星三维重建领域有一定的优势，但是现有立体光度法算法的主要缺点是计算耗时过长，在大范围建模时需要外部约束信息以确保重建模型的整体几何精度，而且光照模型以及模型参数的选择与影像阴影等也是制约立体光度法应用于大范围行星表面三维重建的突出问题，难以保证行行星三维重建的分辨率与精度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种融合摄影测量与立体光度法的行星表面dem生成方法，用于解决现有立体光度法进行行星表面三维重构分辨率和精度较低的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种融合摄影测量与立体光度法的行星表面dem生成方法，包括以下步骤：
3、获取重构准备数据，所述重构准备数据至少包括：遥感影像数据集、遥感影像数据集中每张遥感影像对应的各种参数值，以及光照模型及其模型参数，所述各种参数值至少包括：入射角、观测角、相机方位角和影像交会角；
4、构建目标区域，并根据遥感影像数据集中每张遥感影像对应的参数值，对所述遥感影像数据集中的遥感影像进行筛选，得到目标区域的最佳影像数据集，利用所述最佳影像数据集构建初始低分辨率dtm；
5、对于目标区域中的单个地面点，根据目标区域的最佳影像数据集、初始低分辨率dtm以及光照模型及其模型参数，构建立体光度法误差方程，并根据所述立体光度法误差方程，通过迭代的方式确定单个地面点的重构结果；
6、对目标区域中的单个地面点的重构结果进行合并，生成精化重构图。
7、进一步的，对所述遥感影像数据集中的遥感影像进行筛选，得到目标区域的最佳影像数据集，包括：
8、根据遥感影像数据集中每张遥感影像对应的各种参数值，确定从遥感影像数据集中确定至少两张用于立体定位的第一类遥感影像以及至少三张用于光度测量的第二类遥感影像，所述第一类遥感影像对应的入射角的取值范围为0–20°，观测角的取值范围为35°–50°，影像交会角的取值范围为70°–110°；所述第二类遥感影像的入射角的取值范围为30°–50°，观测角的取值范围为0°–20°，相机方位角包括东、南、西、北四个方向；
9、将所有的第一类遥感影像和第二类遥感影像所构成的集合确定为目标区域的最佳影像数据集。
10、进一步的，构建立体光度法误差方程，包括：
11、根据目标区域的最佳影像数据集、初始低分辨率dtm以及光照模型及其模型参数，确定所述单个地面点对应的像坐标、遥感影像灰度值和模型灰度值，进而构建立体光度法误差方程。
12、进一步的，当光照模型为lunar-lambert光照模型时，立体光度法误差方程对应的计算公式为：
13、
14、
15、其中，gc(x′,y′)表示第j张影像上该地面点对应的模型灰度值；(x′,y′)表示该地面点对应的像坐标；an表示标准化反照率；i表示入射角，e表示观测角；λ(α)表示光照模型的影响因子；t表示大气传输效应的乘性因子；h表示大气传输效应的加性因子；gj(x′,y′)表示第j张影像上该地面点对应的灰度值；vj(x′,y′)表示gj(x′,y′)的残差；表示高程值；表示归一化反照率；k,l分别表示该地面点对应格网点的行列索引。
16、进一步的，该方法还包括：
17、根据各个待选的光照模型及其模型参数，采用至少两种不同的方式进行立体光度法三维重构，得到各个待选的光照模型及其模型参数对应的三维重构结果；
18、根据各个待选的光照模型及其模型参数对应的三维重构结果，进行光照模型及其模型参数适用性分析，确定最佳的光照模型及其模型参数。
19、进一步的，根据各个待选的光照模型及其模型参数，在试验区利用原始分辨率影像进行立体光度法三维重构，并利用对原始分辨率影像进行降采样得到的采样影像进行全球区域的立体光度法三维重构。
20、进一步的，进行立体光度法三维重构的整体代价函数的计算公式为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种融合摄影测量与立体光度法的行星表面DEM生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的融合摄影测量与立体光度法的行星表面DEM生成方法，其特征在于，对所述遥感影像数据集中的遥感影像进行筛选，得到目标区域的最佳影像数据集，包括：
3.根据权利要求1所述的融合摄影测量与立体光度法的行星表面DEM生成方法，其特征在于，构建立体光度法误差方程，包括：
4.根据权利要求3所述的融合摄影测量与立体光度法的行星表面DEM生成方法，其特征在于，当光照模型为Lunar-Lambert光照模型时，立体光度法误差方程对应的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的融合摄影测量与立体光度法的行星表面DEM生成方法，其特征在于，该方法还包括：
6.根据权利要求5所述的融合摄影测量与立体光度法的行星表面DEM生成方法，其特征在于，根据各个待选的光照模型及其模型参数，在试验区利用原始分辨率影像进行立体光度法三维重构，并利用对原始分辨率影像进行降采样得到的采样影像进行全球区域的立体光度法三维重构。
7.根据权利要求6所述
...【技术特征摘要】
1.一种融合摄影测量与立体光度法的行星表面dem生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的融合摄影测量与立体光度法的行星表面dem生成方法，其特征在于，对所述遥感影像数据集中的遥感影像进行筛选，得到目标区域的最佳影像数据集，包括：
3.根据权利要求1所述的融合摄影测量与立体光度法的行星表面dem生成方法，其特征在于，构建立体光度法误差方程，包括：
4.根据权利要求3所述的融合摄影测量与立体光度法的行星表面dem生成方法，其特征在于，当光照模型为lunar-lambert光照模型时，立体光度法误...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿迅，刘朋英，张九江，马鑫，王湫东，王晋，刘春，王银辉，彭真，王玉颖，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：
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