CN109727189A - 一种基于空间分析技术的影像纠正方法 - Google Patents

一种基于空间分析技术的影像纠正方法 Download PDF

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本发明的旨在提供一种基于空间分析技术的影像纠正方法，包括以下步骤：1）在待纠正影像选取两个概略控制点，获取两个概略控制点的屏幕坐标与概略真实坐标；2）计算待纠正影像的横向、纵向分辨率，建立屏幕坐标和概略真实坐标的概略转换模型；3）在待纠正影像中选取多个像控点，计算出各个像控点的概略真实坐标；4）根据各个像控点的概略真实坐标进行实地测绘得到各个像控点的实测真实坐标；5）通过空间分析软件判断各个像控点概略真实坐标与真实坐标的匹配程度，若匹配程度达标，则建立像控点屏幕坐标与像控点真实坐标的对应表，利用影像数据处理软件对待纠正影像进行纠正。该方法克服现有技术缺陷，具有操作简便、效率高、成本低的特点。

Description

一种基于空间分析技术的影像纠正方法
技术领域
本发明涉及计算机图形学与遥感科学领域，具体涉及一种基于空间分析技术的影像纠正方法。
背景技术
GlobalMapper软件作为常见的遥感数据处理软件，因其体积小效率高等特点，在国内外获得了不错的市场份额。随着遥感数据应用日益广泛，对于体量巨大的遥感数据快速处理就成为当前制约其快速应用的技术瓶颈之一，特别是遥感数据的快速纠正方面。传统的影像纠正过程为在原始数据上选点，编订点号，之后根据选点现场实测，并根据点号编写像控点的点之记，之后根据点号，选取合适的像控点并获取其真实坐标，再根据自由坐标和真实坐标的转换模型，实现影像快速精确纠正。其整个过程是串行操作，而且需要内、外作业对的人员保证点号的确认不能出错，效率低下；并且，仅仅依靠点之记对像控点的实地找寻测量需要耗费大量的人力与时间成本，降低了影像纠正的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于空间分析技术的影像纠正方法，该方法克服现有技术缺陷，具有操作简便、效率高、成本低的特点。
本发明的技术方案如下：
一种基于空间分析技术的影像纠正方法，包括以下步骤：
1）在影像数据处理软件中调用待纠正影像，在该待纠正影像选取两个特征点作为控制点，获取两个控制点在影像数据处理软件中的虚拟坐标系中的虚拟坐标，并估算出两个控制点的概略真实坐标；
2）通过两个控制点的虚拟坐标与概略真实坐标，计算求得待纠正影像的横向分辨率与纵向分辨率，建立虚拟坐标和概略真实坐标的概略转换模型；
3）在待纠正影像中选取多个点作为像控点，并记录各个像控点对应的虚拟坐标，根据概略转换模型计算出各个像控点的概略真实坐标；
4）对于各个像控点以概略真实坐标为中心点的划定区域范围，根据概略真实坐标进行导航并实地测绘，实测获得各个像控点的实测真实坐标，并进行空间覆盖分析，确定该实测真实坐标是否包含在对应的划定区域范围内，如果包含在范围内，则进入步骤5）；如果没有包含在范围内，则扩大划定区域范围继续进行实地测绘；
5）对各个像控点的概略真实坐标与实测真实坐标的进行对比，将各个像控点的概略真实坐标修正为实测真实坐标，从而获得各个像控点的虚拟坐标和实测真实坐标的对应表；基于该对应表，对待纠正影像进行影像纠正。
优选地，所述的步骤1包括以下步骤：
11）在影像数据处理软件中构建虚拟坐标系，坐标原点设置在待纠正影像的左上角，其方向为：横轴向右增加，纵轴向下增加；
12）选取待纠正影像范围四个角中的任两个角的范围内特征较为明显的点作为概略控制点；
13）通过虚拟坐标系获取两个概略控制点的虚拟坐标；
14）选取控制点对应的地面特征点，参考谷歌地球经纬度，通过四参数坐标转换模型，获取两点的概略真实坐标；或者，选取控制点对应的地面特征点，直接参考公路网络设计参数内对应的路网特征点的坐标，得到两点概略坐标。
优选地，所述的步骤2）中，在待纠正影像中定义概略真实坐标系的原点位于其左下角，其方向为：横轴向右增加，纵轴向上增加；基于虚拟坐标系和概略真实坐标系的方向；所述的待纠正影像的横向分辨率与纵向分辨率的计算公式如下：
X1=X2+m*Dx；（1）；
Y1=Y2-n*Dy；（2）；
其中，（X1,Y1）,（X2,Y2）为两个概略控制点的概略真实坐标，m为两个概略控制点的屏幕横坐标增量，n为两个概略控制点的屏幕纵坐标增量，Dx为待纠正影像的横向影像分辨率，Dy为待纠正影像的纵向分辨率；
所述的概略转换模型的数学表达式如下：
X4=X3+M*Dx；（3）；
Y4=Y3-N*Dy；（4）；
（X3,Y3）为任意一个概略控制点的概略真实坐标，（X4,Y4）为待求像控点的概略真实坐标，M为待求像控点与概略控制点的屏幕横坐标增量，N为待求像控点与概略控制点的屏幕纵坐标增量，Dx为待纠正影像的横向影像分辨率，Dy为待纠正影像的纵向分辨率。
优选地，所述的步骤4）具体为：
41）通过空间分析软件，在待纠正影像中以各个像控点为中心设定缓冲半径，获得以像控点为中心的划定区域范围，根据概略真实坐标进行导航并实地测绘得到各个像控点的实测真实坐标；
42）将各个像控点的实测真实坐标与对应的划定区域范围进行空间覆盖分析；
43）若上述划定区域范围包含该像控点的实测真实坐标，则认为匹配达标，进行步骤5）否则扩大缓冲半径，再次进行步骤4）。
优选地，所述的缓冲半径为50-100cm。
优选地，所所述的步骤5）中的快速纠正具体为：
对待纠正影像的各个像素点分别进行影像纠正，对于各个像素点，选取距其最近的像控点的对应关系作为该像素点的纠正规则，即：该像素点纠正前、后的坐标差与距其最近的像控点的纠正前、后的坐标差相同；
计算公式如下：
XX=X1-X0；
YY=Y1-Y0；
X1i=X0i+XX;
Y1i=Y0i+YY；
其中（X1i，Y1i）为某像元的纠正后坐标，（X0i，Y0i）为某像元的纠正前坐标，XX，YY分别为虚拟坐标和实测真实坐标的X轴、Y轴的差异，（X1，Y1）为该像元最临近像控点的纠正后坐标，（X0，Y0）为该像元最临近像控点的纠正前坐标。
优选地，所述的影像数据处理软件为GlobalMapper软件，影像纠正模型为多项式纠正模型。
本发明影像纠正方法的优点如下：
（1）仅需获取部分基础数据，如该区域的中小比例尺地形图、正射影像图等，即可构建概略转换模型，从而确定后续的屏幕坐标与真实坐标的对应关系，实现后续影像纠正；通过概略转换模型的“粗纠正”以及后续对应关系的“精纠正”，实现两级纠正，在保证纠正质量的前提下，最大程度降低工作量；
（2）本发明方案属于并行操作，不需要内业支持，将内外业分离通过前期概略转换模型的构建，得到概略真实坐标即可通过导航引导实地测绘，大大提高在外作业实测的效率；并且，将内外业分离，利用GIS（地理信息系统）中的空间分析技术进行优化加速，将人工干预时间减少近一半；
（3）在像控点真实坐标的实测之后，通过空间关系的隐含特性，将概略坐标替换为真实坐标，而不是通过点号人工干预模式，减少点之记的工作量；
（4）精确转换模型建立之后，用户既可以通过屏幕坐标计算出真实坐标，也可以通过真实坐标计算出屏幕坐标，能够协助内业人员快速精确屏幕定位，实现多样化的影像精确纠正。
附图说明
图1为本发明基于空间分析技术的影像纠正方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例详细阐述本发明。
实施例1
本实施例一种基于空间分析技术的影像纠正方法，包括以下步骤：
一种基于空间分析技术的影像纠正方法，包括以下步骤：
1）在影像数据处理软件中调用待纠正影像，在该待纠正影像选取两个特征点作为控制点，获取两个控制点在影像数据处理软件中的虚拟坐标系中的虚拟坐标，并估算出两个控制点的概略真实坐标；
所述的步骤1）包括以下步骤：
11）在影像数据处理软件中构建虚拟坐标系，坐标原点设置在待纠正影像的左上角，其方向为：横轴向右增加，纵轴向下增加；
12）选取待纠正影像范围四个角中的任两个角的范围内特征较为明显的点作为概略控制点；
13）通过虚拟坐标系获取两个概略控制点的虚拟坐标；
14）选取控制点对应的地面特征点，参考谷歌地球经纬度，通过四参数坐标转换模型，获取两点的概略真实坐标；或者，选取控制点对应的地面特征点，直接参考公路网络设计参数内对应的路网特征点的坐标，得到两点概略坐标；
2）通过两个控制点的虚拟坐标与概略真实坐标，计算求得待纠正影像的横向分辨率与纵向分辨率，建立虚拟坐标和概略真实坐标的概略转换模型；
所述的步骤2）中，在待纠正影像中定义概略真实坐标系的原点位于其左下角，其方向为：横轴向右增加，纵轴向上增加；基于虚拟坐标系和概略真实坐标系的方向；所述的待纠正影像的横向分辨率与纵向分辨率的计算公式如下：
X1=X2+m*Dx；（1）；
Y1=Y2-n*Dy；（2）；
其中，（X1,Y1）,（X2,Y2）为两个概略控制点的概略真实坐标，m为两个概略控制点的屏幕横坐标增量，n为两个概略控制点的屏幕纵坐标增量，Dx为待纠正影像的横向影像分辨率，Dy为待纠正影像的纵向分辨率；
所述的概略转换模型的数学表达式如下：
X4=X3+M*Dx；（3）；
Y4=Y3-N*Dy；（4）；
（X3,Y3）为任意一个概略控制点的概略真实坐标，（X4,Y4）为待求像控点的概略真实坐标，M为待求像控点与概略控制点的屏幕横坐标增量，N为待求像控点与概略控制点的屏幕纵坐标增量，Dx为待纠正影像的横向影像分辨率，Dy为待纠正影像的纵向分辨率；
3）在待纠正影像中选取多个点作为像控点，并记录各个像控点对应的虚拟坐标，根据概略转换模型计算出各个像控点的概略真实坐标；
4）对于各个像控点以概略真实坐标为中心点的划定区域范围，根据概略真实坐标进行导航并实地测绘，实测获得各个像控点的实测真实坐标，并进行空间覆盖分析，确定该实测真实坐标是否包含在对应的划定区域范围内，如果包含在范围内，则进入步骤5）；如果没有包含在范围内，则扩大划定区域范围继续进行实地测绘；
所述的步骤4）具体为：
41）通过空间分析软件，在待纠正影像中以各个像控点为中心设定缓冲半径，获得以像控点为中心的划定区域范围，根据概略真实坐标进行导航并实地测绘得到各个像控点的实测真实坐标；
42）将各个像控点的实测真实坐标与对应的划定区域范围进行空间覆盖分析；
43）若上述划定区域范围包含该像控点的实测真实坐标，则认为匹配达标，进行步骤5）否则扩大缓冲半径，再次进行步骤4）；
5）对各个像控点的概略真实坐标与实测真实坐标的进行对比，将各个像控点的概略真实坐标修正为实测真实坐标，从而获得各个像控点的虚拟坐标和实测真实坐标的对应表；基于该对应表，对待纠正影像进行影像纠正；
所述的步骤5）中的快速纠正具体为：
对待纠正影像的各个像素点分别进行影像纠正，对于各个像素点，选取距其最近的像控点的对应关系作为该像素点的纠正规则，即：该像素点纠正前、后的坐标差与距其最近的像控点的纠正前、后的坐标差相同；
XX=X1-X0；
YY=Y1-Y0；
X1i=X0i+XX;
Y1i=Y0i+YY；
其中（X1i，Y1i）为某像元真实坐标，（X0i，Y0i）为某像元概略坐标，XX，YY为概略坐标与真实坐标的差异，（X1，Y1）为该像元最临近像控点真实坐标，（X0，Y0）为该像元最临近像控点概略坐标。
本实施例中，影像纠正软件为GlobalMapper13，空间分析软件为SuperMap5.3.3，影像纠正模型为多项式纠正模型，缓冲半径为50cm；两个概略控制点为：（X1,Y1）=（2500000,2500000），（X2,Y2）=（2502500，2502500）,m=n=5000；则求得Dx=Dy=0.5；
例如选取的像控点之一虚拟坐标为（2501000，2501000），参照的概略控制点坐标为（X3,Y3）=（2500000,2500000），即M=N=1000；则根据下式计算：
X4=X3+0.5M；（3）；
Y4=Y3-0.5N；（4）；
其概略真实坐标为（X4,Y4）=（2500500,2500500），经实测其真实坐标为（2500500.1,2500500.1），两点间距为0.144米；像控点概略坐标的覆盖范围为50cm，真实坐标处于覆盖范围之内，即得到虚拟坐标与真实坐标的对应关系，对各个像控点进行操作，建立像控点的虚拟坐标与真实坐标对照表，举例如下；
XX=X1-X0=2500500.1-2500500=0.1；
YY=Y1-Y0=2500500.1-2500500=0.1；
X1i=X0i+XX=2501000+0.1=2501000.1；
Y1i=Y0i+YY=2501000+0.1=2501000.1；
其中（X1i，Y1i）即（2501000.1，2501000.1）为某像元的纠正后坐标，（X0i，Y0i）为某像元的纠正前坐标，XX=0.1，YY=0.1分别为虚拟坐标和实测真实坐标的X轴、Y轴的差异，（X1，Y1）即（2500500.1,2500500.1）为该像元最临近像控点的纠正后坐标，（X0，Y0）即（2500500.1,2500500.1）为该像元最临近像控点的纠正前坐标。

Claims (7)

1.一种基于空间分析技术的影像纠正方法，其特征在于包括以下步骤：
1）在影像数据处理软件中调用待纠正影像，在该待纠正影像选取两个特征点作为控制点，获取两个控制点在影像数据处理软件中的虚拟坐标系中的虚拟坐标，并估算出两个控制点的概略真实坐标；
2）通过两个控制点的虚拟坐标与概略真实坐标，计算求得待纠正影像的横向分辨率与纵向分辨率，建立虚拟坐标和概略真实坐标的概略转换模型；
3）在待纠正影像中选取多个点作为像控点，并记录各个像控点对应的虚拟坐标，根据概略转换模型计算出各个像控点的概略真实坐标；
4）对于各个像控点以概略真实坐标为中心点的划定区域范围，根据概略真实坐标进行导航并实地测绘，实测获得各个像控点的实测真实坐标，并进行空间覆盖分析，确定该实测真实坐标是否包含在对应的划定区域范围内，如果包含在范围内，则进入步骤5）；如果没有包含在范围内，则扩大划定区域范围继续进行实地测绘；
5）对各个像控点的概略真实坐标与实测真实坐标的进行对比，将各个像控点的概略真实坐标修正为实测真实坐标，从而获得各个像控点的虚拟坐标和实测真实坐标的对应表；基于该对应表，对待纠正影像进行影像纠正。
2.根据权利要求1所述的基于空间分析技术的影像纠正方法，其特征在于所述的步骤1包括以下步骤：
11）在影像数据处理软件中构建虚拟坐标系，坐标原点设置在待纠正影像的左上角，其方向为：横轴向右增加，纵轴向下增加；
12）选取待纠正影像范围四个角中的任两个角的范围内特征较为明显的点作为概略控制点；
13）通过虚拟坐标系获取两个概略控制点的虚拟坐标；
14）选取控制点对应的地面特征点，参考谷歌地球经纬度，通过四参数坐标转换模型，获取两点的概略真实坐标；或者，选取控制点对应的地面特征点，直接参考公路网络设计参数内对应的路网特征点的坐标，得到两点概略坐标。
3.根据权利要求1所述的基于空间分析技术的影像纠正方法，其特征在于：
所述的步骤2）中，在待纠正影像中定义概略真实坐标系的原点位于其左下角，其方向为：横轴向右增加，纵轴向上增加；基于虚拟坐标系和概略真实坐标系的方向；所述的待纠正影像的横向分辨率与纵向分辨率的计算公式如下：
X1=X2+m*Dx；（1）；
Y1=Y2-n*Dy；（2）；
其中，（X1,Y1）,（X2,Y2）为两个概略控制点的概略真实坐标，m为两个概略控制点的屏幕横坐标增量，n为两个概略控制点的屏幕纵坐标增量，Dx为待纠正影像的横向影像分辨率，Dy为待纠正影像的纵向分辨率；
所述的概略转换模型的数学表达式如下：
X4=X3+M*Dx；（3）；
Y4=Y3-N*Dy；（4）；
（X3,Y3）为任意一个概略控制点的概略真实坐标，（X4,Y4）为待求像控点的概略真实坐标，M为待求像控点与概略控制点的屏幕横坐标增量，N为待求像控点与概略控制点的屏幕纵坐标增量，Dx为待纠正影像的横向影像分辨率，Dy为待纠正影像的纵向分辨率。
4.根据权利要求1所述的基于空间分析技术的影像纠正方法，其特征在于：
所述的步骤4）具体为：
41）通过空间分析软件，在待纠正影像中以各个像控点为中心设定缓冲半径，获得以像控点为中心的划定区域范围，根据概略真实坐标进行导航并实地测绘得到各个像控点的实测真实坐标；
42）将各个像控点的实测真实坐标与对应的划定区域范围进行空间覆盖分析；
43）若上述划定区域范围包含该像控点的实测真实坐标，则认为匹配达标，进行步骤5）否则扩大缓冲半径，再次进行步骤4）。
5.根据权利要求4所述的基于空间分析技术的影像纠正方法，其特征在于：所述的缓冲半径为50-100cm。
6.根据权利要求1所述的基于空间分析技术的影像纠正方法，其特征在于：
所述的步骤5）中的快速纠正具体为：
对待纠正影像的各个像素点分别进行影像纠正，对于各个像素点，选取距其最近的像控点的对应关系作为该像素点的纠正规则，即：该像素点纠正前、后的坐标差与距其最近的像控点的纠正前、后的坐标差相同；
计算公式如下：
XX=X1-X0；
YY=Y1-Y0；
X1i=X0i+XX;
Y1i=Y0i+YY；
其中（X1i，Y1i）为某像元的纠正后坐标，（X0i，Y0i）为某像元的纠正前坐标，XX，YY分别为虚拟坐标和实测真实坐标的X轴、Y轴的差异，（X1，Y1）为该像元最临近像控点的纠正后坐标，（X0，Y0）为该像元最临近像控点的纠正前坐标。
7.根据权利要求1所述的基于空间分析技术的影像纠正方法，其特征在于：
所述的影像数据处理软件为GlobalMapper软件，影像纠正模型为多项式纠正模型。
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