一种基于超分辨率影像重建的三维量测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于超分辨率影像重建的三维量测方法，其包括：根据多站拍摄的立体影像生成超分辨率立体影像；用三维检校场对立体相机进行检校；以第一站左影像为基准，建立东-北-天右手坐标系，在检校立体相机相对姿态的基础上，进行多基线光束法平差，确定各立体影像的方位元素；将超分辨率影像视为由虚拟相机拍摄获得，以多基线立体影像前方交会得到的三维坐标为真值，对虚拟立体相机进行检校；根据虚拟立体相机检校得到的内、外参数，用最小二乘法得到再检校仿射变换系数；将待量测目标的像点坐标、虚拟立体相机的内、外参数和再检校系数进行前方交会，获得待量测目标的三维坐标。本发明专利技术可以广泛用于地面摄影测量超分辨率影像的三维量测中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种影像重建的三维量测方法，特别是关于。
技术介绍
在摄影测量的应用中，高分辨率的图像可以准确定位目标。为降低CCD(Charge-coupled Device,电荷稱合元件)分辨率的约束，可以使用超分辨率(SuperResolution, SR)重建技术获得高分辨率的图像。超分辨率图像重建技术是利用关于同一场景的有亚像素位移且含冗余信息的多帧低分辨率(Low Resolution,LR)图像重建出高分辨率(High Resolution，HR)图像的技术，其基本原理是利用低分辨率图像序列帧与帧之间的微小差异所包含的非冗余信息来提高图像的分辨率。在近景摄影测量中可以采用多基线技术提高影像的三维量测精度，但不能提供高分辨率的影像。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够提供高分辨率影像且三维量测精度高的基于超分辨率影像重建的三维量测方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:，其包括以下步骤:1)在四个摄站分别使用立体相机对待量测目标进行摄影，得到待量测目标的四对立体影像(L1Ah (L2, R2), (L3, R3)和(L4，R4);对四对立体影像(L1, R1) > (L2, R2) > (L3, R3)和(L4，R4)进行影像配准和影像恢复后得到待量测目标的超分辨率立体影像(SR_L，SR_R) ;2)使用立体相机拍摄三维检校场，根据三维检校场的立体影像(Calib_L, Calib_R)计算得到立体相机的内方位元素以及立体相机中左右相机间的相对位置T(VX，VY, Vz)和姿态R ；3)以待量测目标第一站左影像L1的中心为原点0，第一站左影像L1的东方向为X轴，其北方向为Y轴，以垂直于XOY平面指向天空方向为Z轴，建立O-XYZ坐标系，在O-XYZ坐标系下，第一站左影像L1的外方位位置和外方位姿态分别为(0，0，0)和单位阵；根据第一站左影像L1的外方位位置和外方位姿态以及立体相机的左右相机间的相对位置T (Vx, VY, Vz)和姿态R，得到第一站右影像R1的外方位位置和外方位姿态分别为T (Vx, VY, Vz)和R ；由第一站左影像L1的外方位位置和外方位姿态以及第一站右影像R1的外方位位置和外方位姿态得到第一站立体影像(LpR1)的外方位位置和外方位姿态；4)根据第一站立体影像U1)的外方位位置和外方位姿态以及四对立体影像(L2, R2),(L3, R3)和(L4，R4)上的同名特征点，计算得到立体影像(L2，R2)、(L3, R3)和(L4，R4)修正后的外方位位置和外方位姿态；5)将待量测目标的超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)视为由虚拟立体相机拍摄获得，在超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)上选定均匀分布的控制点；将位于四对立体影像U)、(L2, R2), (L3, R3)和(L4，R4)上且与超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)上控制点对应的同名像点坐标以及立体影像(L1, R1)、(L2, R2)、(L3, R3)、(L4, R4)修正后的外方位位置和姿态代入共线方程进行多基线交会计算，得到超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)上控制点的三维坐标；利用这些控制点的三维坐标和超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)上对应的像点坐标对虚拟立体相机进行检校，获得虚拟立体相机的内方位元素、外方位位置和外方位姿态；6)在超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)上选择三个以上控制点，利用控制点的三维坐标以及虚拟立体相机的内方位元素、外方位位置和外方位姿态分别对左影像SR_L和右影像SR_R建立再检校的仿射变换模型，并利用最小二乘法计算得到仿射变换模型的再检校系数；7)将由步骤5)得到的虚拟立体相机检校的内方位元素、外方位位置和外方位姿态、由步骤6)得到的超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)中左影像SR_L和右影像SR_R的仿射变换模型的再检校系数如a1； a2, b0, b1； b2和cQ, C1, c2, d0, dv d2以及超分辨率立体影像(SR_L, SR_R)上的待量测点的坐标代入共线方程中进行前方交会运算，获得待量测目标的三维坐标。所述步骤2)中，获得立体相机的内方位元素以及立体相机中左右相机间的相对位置T(Vx，Vy，Vz)和姿态R，其包括以下步骤:①使用立体相机拍摄三维检校场，得到三维检校场的立体影像(Calib_L，Calib_R)，利用特征点匹配方法获得三维检校场的立体影像(Calib_L, Calib_R)中控制点的像点坐标(xtL, ytL)和(xiE, yiE), t > 6 ;②将三维检校场的立体影像(Calib_L，Calib_R)中控制点已知的三维坐标(Xt，Yt，Zt)以及控制点的像点坐标(xtL, ytL)和(xtK，ytK)代入共线方程,将控制点的像点坐标(xtu ytI)和(xtK, ytK)代入小孔成像的畸变模型，并将共线方程和小孔成像的畸变模型二者处理后的结果进行整体光束法平差计算，得到立体相机的内方位元素、左影像Calib_L的外方位位置Tealib Yls, Zls)和姿态Rca^以及右影像Calib_R的外方位位置Tcalib K(XKs，Yes, Zes)和姿态Rcalibji 将左影像Calib_L的外方位位置Tcalib L(Xls，Yls, Zls)和姿态RCalib—l、右影像Calib_R的外方位位置Tcalib—R (XEs, Yes, Zes)和姿态 RCalib_E 代入式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超分辨率影像重建的三维量测方法，其包括以下步骤：1）在四个摄站分别使用立体相机对待量测目标进行摄影，得到待量测目标的四对立体影像(L1,R1)、(L2,R2)、(L3,R3)和(L4,R4)；对四对立体影像(L1,R1)、(L2,R2)、(L3,R3)和(L4,R4)进行影像配准和影像恢复后得到待量测目标的超分辨率立体影像(SR_L,SR_R)；2）使用立体相机拍摄三维检校场，根据三维检校场的立体影像(Calib_L,Calib_R)计算得到立体相机的内方位元素以及立体相机中左右相机间的相对位置T(VX,VY,VZ)和姿态R；3）以待量测目标第一站左影像L1的中心为原点O，第一站左影像L1的东方向为X轴，其北方向为Y轴，以垂直于XOY平面指向天空方向为Z轴，建立O?XYZ坐标系，在O?XYZ坐标系下，第一站左影像L1的外方位位置和外方位姿态分别为(0,0,0)和单位阵；根据第一站左影像L1的外方位位置和外方位姿态以及立体相机的左右相机间的相对位置T(VX,VY,VZ)和姿态R，得到第一站右影像R1的外方位位置和外方位姿态分别为T(VX,VY,VZ)和R；由第一站左影像L1的外方位位置和外方位姿态以及第一站右影像R1的外方位位置和外方位姿态得到第一站立体影像(L1,R1)的外方位位置和外方位姿态；4）根据第一站立体影像(L1,R1)的外方位位置和外方位姿态以及四对立体影像(L1,R1)、(L2,R2)、(L3,R3)和(L4,R4)上的同名特征点，计算得到立体影像(L2,R2)、(L3,R3)和(L4,R4)修正后的外方位位置和外方位姿态；5）将待量测目标的超分辨率立体影像(SR_L,SR_R)视为由虚拟立体相机拍摄获得，在超分辨率立体影像(SR_L,SR_R)上选定均匀分布的控制点；将位于四对立体影像(L1,R1)、(L2,R2)、(L3,R3)和(L4,R4)上且与超分辨率立体影像(SR_L,SR_R)上控制点对应的同名像点坐标以及立体影像(L1,R1)、(L2,R2)、(L3,R3)、(L4,R4)修正后的外方位位置和姿态代入共线方程进行多基线交会计算，得到超分辨率立体影像(SR_L,SR_R)上控制点的三维坐标；利用这些控制点的三维坐标和超分辨率立体影像(SR_L,SR_R)上对应的像点坐标对虚拟立体相机进行检校，获得虚拟立体相机的内方位元素、外方位位置和外方位姿态；6）在超分辨率立体影像(SR_L,SR_R)上选择三个以上控制点，利用控制点的三维坐标以及虚拟立体相机的内方位元素、外方位位置和外方位姿态分别对左影像SR_L和右影像SR_R建立再检校的仿射变换模型，并利用最小二乘法计算得到仿射变换模型的再检校系数；7）将由步骤5）得到的虚拟立体相机检校的内方位元素、外方位位置和外方位姿 态、由步骤6）得到的超分辨率立体影像(SR_L,SR_R)中左影像SR_L和右影像SR_R的仿射变换模型的再检校系数a0,a1,a2,b0,b1,b2和c0,c1,c2,d0,d1,d2以及超分辨率立体影像(SR_L,SR_R)上的待量测点的坐标代入共线方程中进行前方交会运算，获得待量测目标的三维坐标。...

【技术特征摘要】
1.一种基于超分辨率影像重建的三维量测方法，其包括以下步骤: 1)在四个摄站分别使用立体相机对待量测目标进行摄影，得到待量测目标的四对立体影像(L1, R1) > (L2, R2) > (L3, R3)和(L4, R4);对四对立体影像(L1, R1) > (L2，R2)、(L3, R3)和(L4, R4)进行影像配准和影像恢复后得到待量测目标的超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)； 2)使用立体相机拍摄三维检校场，根据三维检校场的立体影像(Calib_L，Calib_R)计算得到立体相机的内方位元素以及立体相机中左右相机间的相对位置T (Vx, VY, Vz)和姿态R； 3)以待量测目标第一站左影像L1的中心为原点O，第一站左影像L1的东方向为X轴，其北方向为Y轴，以垂直于XOY平面指向天空方向为Z轴，建立O-XYZ坐标系，在O-XYZ坐标系下，第一站左影像L1的外方位位置和外方位姿态分别为(0，0，0)和单位阵；根据第一站左影像L1的外方位位置和外方位姿态以及立体相机的左右相机间的相对位置T(VX，VY, Vz)和姿态R，得到第一站右影像R1的外方位位置和外方位姿态分别为T (VX，VY，Vz)和R;由第一站左影像L1的外方位位置和外方位姿态以及第一站右影像R1的外方位位置和外方位姿态得到第一站立体影像(L1, R1)的外方位位置和外方位姿态； 4)根据第一站立体影像U1)的外方位位置和外方位姿态以及四对立体影像(L1, R1)、(L2, R2)、(L3, R3)和(L4, R4)上的同名特征点，计算得到立体影像(L2, R2)、(L3, R3)和(L4, R4)修正后的外方位位置和外方位姿态； 5)将待量测目标的超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)视为由虚拟立体相机拍摄获得，在超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)上选定均匀分布的控制点； 将位于四对立体影像(L1Ah (L2, R2), (L3, R3)和(L4，R4)上且与超分辨率立体影像(SR_L, SR_R)上控制点对应的同名像点坐标以及立体影像(L1, R1)、(L2, R2)、(L3, R3)、(L4, R4)修正后的外方位位置和姿态代入共线方程进行多基线交会计算，得到超分辨率立体影像(SR_L, SR_R)上控制点的三维坐标； 利用这些控制点的三维坐标和超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)上对应的像点坐标对虚拟立体相机进行检校，获得虚拟立体相机的内方位元素、外方位位置和外方位姿态； 6)在超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)上选择三个以上控制点，利用控制点的三维坐标以及虚拟立体相机的内方位元素、外方位位置和外方位姿态分别对左影像右影像SR_R建立再检校的仿射变换模型，并利用最小二乘法计算得到仿射变换模型的再检校系数； 7)将由步骤5)得到的虚拟立体相机检校的内方位元素、外方位位置和外方位姿态、由步骤6)得到的超分辨率立体影像(SR_L，SR_R)中左影像SR_L和右影像SR_R的仿射变换模型的再检校系数aQ, a1； a2, b0, bv 132和cQ, C1, c2, d0, dv d2以及超分辨率立体影像(SR_L, SR_R)上的待量测点的坐标代入共线方程中进行前方交会运算，获得待量测目标的三维坐标。2.如权利要求1所述的一种基于超分辨率影像重建的三维量测方法，其特征在于:所述步骤2)中，获得立体相机的内方位元素以及立体相机中左右相机间的相对位置T (Vx, VY, Vz)和姿态R，其包括以下步骤: ①使用立体相机拍摄三维检校场，得到三维检校场的立体影像(Calib_L，Calib_R)，利用特征点匹配方法获得三维检校场的立体影像(Calib_L，Calib_R)中控制点的像点坐标(XtL，y\l)和(XiR，YiR)，t〉6 ;②将三维检校场的立体影像(Calib_L，Calib_R)中控制点已知的三维坐标(Xt，Yt，Zt)以及控制点的像点坐标(xtu ytI)和(xtK，ytK)代入共线方程,将控制点的像点坐标(xtu ytI)和(xtK，ytK)代入小孔成像的畸变模型，并将共线方程和小...

【专利技术属性】
技术研发人员：邸凯昌，彭嫚，李力，刘召芹，孙义威，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：