CN114993259B - 多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于摄影测量与遥感领域，公开了多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法，针对多视角光学卫星立体影像核线排列方向可能出现不一致的情况，在现有投影轨迹法核线影像生成之前，增加了一个判断环节，根据两幅影像的左右核线参数，引入影像匹配常用的顺序性约束，确定左右同名核线排列方向是否一致。如果一致则直接进行核线影像的排列，否则调整右核线的排列方向以保持与左核线的排列方向一致，确保最后生成核线影像的正确性，规避了复杂的立体像对构成方式造成左右核线影像行方向排列错误的情况，解决现有投影轨迹法在核线影像生成中存在的技术缺陷。

Description

多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法
技术领域
本发明属于摄影测量与遥感领域，公开了多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法。
背景技术
核线是摄影测量领域分析立体像对几何关系的一个重要概念。将原始影像按照核线方向进行重新排列就是核线影像。核线影像上同名像点没有上下视差，利用核线影像进行影像匹配时，寻找同名像点只需在同名核线上进行一维搜索即可，可以显著缩短匹配时间和提高匹配结果的可靠性。对于光学卫星影像的核线模型，理论较为严密是基于成像几何关系的投影轨迹法。现有的常规测绘卫星通常利用同轨和异轨模式来构成立体，可以采用投影轨迹法实现同轨或者异轨立体影像核线影像的生成。
随着卫星机动成像能力的不断提高，多视角光学成像卫星的出现，沿着轨道或者垂直轨道的大角度侧摆成像方式成为现实，使得卫星立体影像的构成模式也更加灵活，原始立体影像左像和右像之间经常会存在地理方位不一致等无序情况，核线排列的情形也更加复杂。现有的投影轨迹法仅对核线排列的直线参数有着描述，但对于核线的起算方向并没有涉及，因此在实际应用中，如果原始立体影像左右影像之间地理方位一致，则可以按照投影轨迹法正确生成核线影像，但如果左右影像之间地理方位不一致，按照投影轨迹法则会产生左右核线影像排列方向相反的情形，例如左核线影像行方向从东向西排列，而右核线影像行方向从西向东排列，这种错误的核线排列情况，使得后续的影像应用处理无法进行。现有通常的做法是需要人工干预把原始立体影像的地理方位调整成一致，严重影响了影像后续自动化处理的流程。
发明内容
本发明的目的在于提供多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法，可以确保最后生成核线影像的正确性，规避了复杂的立体像对构成方式造成左右核线影像行方向排列错误的情况，解决现有投影轨迹法在核线影像生成中存在的技术缺陷。
为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法，包括如下步骤：
S1、选择左像的一像点q0(x0,y0)作为测试点，根据投影轨迹法寻找出其对应的右核线l'；
S2、在右核线l'上选择一像点q'0(x'0,y'0)，根据q'0利用投影轨迹法寻找对应的左核线l；
S3、在左核线l上q0的左边和右边分别寻找两个独立的参考像点q1(x1,y1)和q2(x2,y2)，并通过影像匹配找出右核线l'上对应的同名像点q'1(x′1,y′1)和q'2(x'2,y'2)；
S4、根据q'0与q′1和q'2的相邻位置关系，判断核线排列方向是否一致；具体判断步骤为：
若(x1-x0)×(x1'-x'0)＞0且(x2-x0)×(x'2-x'0)＞0，则左右核线影像排列方向判断为一致；
若(x1-x0)×(x1'-x'0)＜0或(x2-x0)×(x'2-x'0)＜0，则左右核线排列方向判断为不一致。
进一步地，步骤S1中选择的q0测试点为左像的中心像点。
进一步地，步骤S2中选择q'0点为右核线l'在右像像幅范围内线段的中点。
为实现上述技术效果，本发明还提供了多视角光学卫星立体影像的核线影像生成方法，包括如下步骤：
S1、选择左像的一像点q0(x0,y0)作为测试点，根据投影轨迹法寻找出其对应的右核线l'；
S2、在右核线l'上选择一像点q'0(x'0,y'0)，根据q'0利用投影轨迹法寻找对应的左核线l；
S3、在左核线l上q0的左边和右边分别寻找两个独立的参考像点q1(x1,y1)和q2(x2,y2)，并通过影像匹配找出右核线l'上对应的同名像点q'1(x′1,y′1)和q'2(x'2,y'2)；
S4、根据q'0与q1'和q'2的相邻位置关系，判断核线排列方向是否一致；具体判断步骤为：
若(x1-x0)×(x′1-x'0)＞0且(x2-x0)×(x'2-x'0)＞0，则左右核线影像排列方向判断为一致；
若(x1-x0)×(x′1-x'0)＜0或(x2-x0)×(x'2-x'0)＜0，则左右核线排列方向判断为不一致；
S5、根据步骤S4的判断结果，如果核线方向一致，则按照投影轨迹法直接进行核线影像采样，生成左右核线影像；否则对右核线l'按照与左核线l相反方向进行核线影像的采样，生成左右核线影像。
与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：
1.本发明通过在现有投影轨迹法核线影像生成之前，增加了一个判断环节，根据两幅影像的左右核线参数，引入影像匹配常用的顺序性约束，确定左右同名核线排列方向是否一致。如果一致则直接进行核线影像的排列，否则调整右核线的排列方向以保持与左核线的排列方向一致，确保最后生成核线影像的正确性，规避了复杂的立体像对构成方式造成左右核线影像行方向排列错误的情况，解决现有投影轨迹法在核线影像生成中存在的技术缺陷。
2.本发明改进了核线影像生成的工艺流程，对输入的原始立体影像无需人工干预调整左右影像的地理方位一致性，可以进行核线排列方向一致性自动判断，实现了核线影像的自动化、可靠生成；适用性强，可适用复杂的立体影像构成方式包括反立体、零立体等异常情况，确保了多视角卫星立体影像核线影像的可靠生成。
附图说明
图1为实施例1中多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法流程图；
图2为实施例1或2中核线排列方向一致性判断原理示意图；
图3为实施例2中多视角光学卫星立体影像的核线影像生成方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
参见图1和图2，多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法，包括如下步骤：
S1、选择左像的一像点q0(x0,y0)作为测试点，根据投影轨迹法寻找出其对应的右核线l'；
S2、在右核线l'上选择一像点q'0(x'0,y'0)，根据q'0利用投影轨迹法寻找对应的左核线l；
S3、在左核线l上q0的左边和右边分别寻找两个独立的参考像点q1(x1,y1)和q2(x2,y2)，并通过影像匹配找出右核线l'上对应的同名像点q'1(x′1,y′1)和q'2(x'2,y'2)；
S4、根据q'0与q′1和q'2的相邻位置关系，判断核线排列方向是否一致；具体判断步骤为：
若(x1-x0)×(x′1-x'0)＞0且(x2-x0)×(x'2-x'0)＞0，则左右核线影像排列方向判断为一致；
若(x1-x0)×(x′1-x'0)＜0或(x2-x0)×(x'2-x'0)＜0，则左右核线排列方向判断为不一致。
在本实施例中，采用投影轨迹法确定左右核线的直线参数，引入影像匹配中常用的顺序性约束，利用同名像点相邻位置关系在左右核线影像上保持一致的原则，实现立体核线影像排列方向的一致性检测。该方法的主要原理如图2所示：首先在根据左像的某一像点q0(通常选择影像的中心像点)，利用投影轨迹法确定右像的核线直线l'，取l'在影像区域中间位置的像点q'0，根据投影轨迹法在左像上确定左核线l；然后在l上的q0点左边和右边选择的两个独立像点q1和q2，通过影像匹配找出其右像上两个同名像点q′1和q'2；最后根据q'0与q′1和q'2的相邻位置关系，判断核线排列方向是否一致，判断依据为：
若(x1-x0)×(x′1-x'0)＞0且(x2-x0)×(x'2-x'0)＞0，则左右核线影像排列方向判断为一致；例如：图2中参考像点q1(x1,y1)在q0的左边，q2(x2,y2)在q0的右边，如果同名像点q′1也在q'0的左边，q'2在q'0的右边，即表示左右核线影像排列方向一致。
若(x1-x0)×(x′1-x'0)＜0或(x2-x0)×(x'2-x'0)＜0，则左右核线排列方向判断为不一致。例如：若图2中参考像点q1(x1,y1)在q0的左边，q2(x2,y2)在q0的右边，如果同名像点q′1在q'0的右边，或q'2在q'0的左边，即表示左右核线影像排列方向不一致。
其中，图2中的O1、O2分别是投射中心，P1、P2、P3是物方点。本实施例中采用投影轨迹法进行左右核线采样和生成方法步骤属于现有技术，这里不再赘述。此外，采用影像匹配寻找同名像点也同样属于现有技术，本实施例选用特征点匹配算法进行左右核线上的同名像点匹配，其他可用于左右核线影像上的同名像点的匹配方法，同样可以适用于本发明。
本实施例中步骤S1中选择的q0测试点为左像的中心像点。q0选择左像中心像点，考虑它的同名像点基本也在右像中心像点的位置附近，能够确保左核线的完整有效。基于此，步骤S2中选择q'0点为右核线l'在右像像幅范围内线段的中点。这样的好处在于确保q'0基本位于右像的中心点位置，也是确保右核线的完整和有效。需要说明的是，左像中心点q0左边和右边选择的两个独立像点q1和q2通过影像匹配找出的右像同名像点q′1和q'2，和q'0在右像的同一条核线上；右核线l'像幅范围内线段中点q'0和左像中心像点q0不是同名像点，q'0通过投影轨迹法确定的左核线l经过q0。
实施例2
参见图2、3，多视角光学卫星立体影像的核线影像生成方法，包括如下步骤：
S1、选择左像的一像点q0(x0,y0)作为测试点，根据投影轨迹法寻找出其对应的右核线l'；
S2、在右核线l'上选择一像点q'0(x'0,y'0)，根据q'0利用投影轨迹法寻找对应的左核线l；
S3、在左核线l上q0的左边和右边分别寻找两个独立的参考像点q1(x1,y1)和q2(x2,y2)，并通过影像匹配找出右核线l'上对应的同名像点q'1(x′1,y′1)和q'2(x'2,y'2)；
S4、根据q'0与q′1和q'2的相邻位置关系，判断核线排列方向是否一致；具体判断步骤为：
若(x1-x0)×(x′1-x'0)＞0且(x2-x0)×(x'2-x'0)＞0，则左右核线影像排列方向判断为一致；
若(x1-x0)×(x′1-x'0)＜0或(x2-x0)×(x'2-x'0)＜0，则左右核线排列方向判断为不一致；
S5、根据步骤S4的判断结果，如果核线方向一致，则按照投影轨迹法直接进行核线影像采样，生成左右核线影像；否则对右核线l'按照与左核线l相反方向进行核线影像的采样，生成左右核线影像。
反方向核线采样的区别就是如果左核线的采样顺序是按照x坐标是由大到小，则右核线的采样顺序，就是x坐标是由小到大进行采样。如果左核线的采样顺序如果x坐标是由小到大，则右核线的采样顺序，就是x坐标是由大到小进行采样。
以体反立体、零立体为例，反立体通常是指利用两张影像进行人眼立体观测时，得到视觉观测效果的立体远近恰恰与实际相反。零立体通常是指利用两张影像进行人眼立体观测时，失去立体视觉，没有立体远近观测效果。本实施例中改进了核线影像生成采样的工艺流程，对输入的原始立体影像无需人工干预调整左右影像的地理方位一致性，可以进行核线排列方向一致性自动判断，实现了核线影像的自动化、可靠生成；适用性强，针对反立体、零立体等异常情况，能够确保了多视角卫星立体影像核线影像的可靠生成，规避了复杂的立体像对构成方式造成左右核线影像行方向排列错误的情况，解决现有投影轨迹法在核线影像生成中存在的技术缺陷。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、选择左像的一像点q0(x0,y0)作为测试点，根据投影轨迹法寻找出其对应的右核线l′；
S2、在右核线l′上选择一像点q′0(x′0,y′0)，根据q′0利用投影轨迹法寻找对应的左核线l；
S3、在左核线l上q0的左边和右边分别寻找两个独立的参考像点q1(x1,y1)和q2(x2,y2)，并通过影像匹配找出右核线l′上对应的同名像点q′1(x′1,y′1)和q′2(x′2,y′2)；
S4、根据q′0与q′1和q′2的相邻位置关系，判断核线排列方向是否一致；具体判断步骤为：
若(x1-x0)×(x′1-x′0)＞0且(x2-x0)×(x′2-x′0)＞0，则左右核线影像排列方向判断为一致；
若(x1-x0)×(x′1-x′0)＜0或(x2-x0)×(x′2-x′0)＜0，则左右核线排列方向判断为不一致。
2.根据权利要求1所述的多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法，其特征在于：步骤S1中选择的q0测试点为左像的中心像点。
3.根据权利要求2所述的多视角光学卫星立体影像核线排列方向一致性判断方法，其特征在于：步骤S2中选择q′0点为右核线l′在右像像幅范围内线段的中点。
4.多视角光学卫星立体影像的核线影像生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、选择左像的一像点q0(x0,y0)作为测试点，根据投影轨迹法寻找出其对应的右核线l′；
S2、在右核线l′上选择一像点q′0(x′0,y′0)，根据q′0利用投影轨迹法寻找对应的左核线l；
S3、在左核线l上q0的左边和右边分别寻找两个独立的参考像点q1(x1,y1)和q2(x2,y2)，并通过影像匹配找出右核线l′上对应的同名像点q′1(x′1,y′1)和q′2(x′2,y′2)；
S4、根据q′0与q′1和q′2的相邻位置关系，判断核线排列方向是否一致；具体判断步骤为：
若(x1-x0)×(x′1-x′0)＞0且(x2-x0)×(x′2-x′0)＞0，则左右核线影像排列方向判断为一致；
若(x1-x0)×(x′1-x′0)＜0或(x2-x0)×(x′2-x′0)＜0，则左右核线排列方向判断为不一致；
S5、根据步骤S4的判断结果，如果核线方向一致，则按照投影轨迹法直接进行核线影像采样，生成左右核线影像；否则对右核线l′按照与左核线l相反方向进行核线影像的采样，生成左右核线影像。
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