JPS5924365A - 画像処理方法 - Google Patents

画像処理方法

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JPS5924365A
JPS5924365A JP57132236A JP13223682A JPS5924365A JP S5924365 A JPS5924365 A JP S5924365A JP 57132236 A JP57132236 A JP 57132236A JP 13223682 A JP13223682 A JP 13223682A JP S5924365 A JPS5924365 A JP S5924365A
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伊藤 芳三
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裕 久保
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • G06T5/80Geometric correction

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、地表観測画像等の画像処理方法に係シ、特に
、前記地表観測画像等の画像の歪を高精度に幾何学的補
正するに好適な画像処理方法に関する。
従来のこの種の画像処理方法は、第1図に示すように、
衛星1が地球2の上空を所定の高度を保ち所定の軌道を
公転した際に得られる地表の画像(第2図)3の歪を補
正処理する方法として周知である。
ところで、上述したように衛星lから送信された衛星画
像の歪の原因は、主として、衛星1のゆらぎ、地球2の
回転、衛星1に搭載されたセンサの非線形特性などによ
るものである。上記センサ等の’Ft IIは、ご前に
わかっているものも多く、それらのデータを利用した修
正がほどこされている。
しかし、時々刻々変化する衛星1のゆらぎなどの影響を
とりのぞくためには、衛星1と画像との関係を充分に調
べ、画1象の歪をとりのぞく手段をとる必蒙がある。
そこで、衛星1と地球2との間の時々刻々変化する幾何
学的関係を明らかにすることにより、画像データと地表
との対応を算出することにする。
まず、第2図に示す未補正画像3上の地表観測点P=(
x、y、z)を衛星1が時刻tにおいて観測したとする
と、第1図及びこれの幾何学的モデル(第3図)により
、上記Pは、時間tの関数として、以下のように表わす
ことができる。
p = (x、 y 、 Z ) ==Ra(t)= 
’Pa (u−■>=G(’)=G(X(t)* L’
(’) )=G(X(t)、θ(t)、β(t))・・
・・・・・・・+11 ここで、X(t)は衛星1の位置ベクトル、U(t)は
視線ベクトル、 θ(1)は衛星姿勢角、 β(りはスキャン角、 である。
従って、精度の高い位置推定をするためには、精密なモ
デルGが必要であり、それには、X(t)。
θ(t)、β(1)を精密に推定する必要力;ある。
ここで、スキャン角β(1)は事nIJにわ7>−って
いる本のの、X(t)やθ(1)は変動する。
そこで、X(t)やθ(1)を推定する方法として、従
来は、次に説明する処理を行なうことにより、該x (
gやθ(1) 1間接的に推定していた。
・つまり、幾何学的モデルGで推定した画イ象上の点と
実際の画像上の点との誤差を測定し、その誤差の原因は
、X(t)、θ(1)の推定誤差に起因するものと仮定
し、誤差を小さくする様に、X(t)、θ(1)を変更
するため、フィルり処理を行っているものである。
誤差を測定する点は、画像として、識号1]可6Eな特
徴のある点が望ましく、例えば岬の先1喘、飛行場の滑
走路、高速道路の交差点、Y楊の突j是など75=使用
されている。
そして、画1象全体の幾何学的精度を上げるためには、
これらのt¥f敵点ができるだけ均等に散らばっている
ことが望ましい。
また、実際の画像上に特徴点を見つけ出す方法に、手動
と自動の2種類が考えらオLる。
モ動の場合、画像表示装置に、特徴点をモデルGにより
推定した位置を中心に、1而1象データを表示シ、オペ
レータが、カーソルによりtw m 、aをJ旨示する
一方、自動の場合、あらかじめ別の日に撮影した特徴点
及びその周辺画像を登録しておき、この画像とモデルG
で推定した特徴点の位置を中心にした画像との重ね合せ
を、自動マツチングにより行っている。
手動、自動をとわす、真の特徴点を精密に見つける必要
があり、手動の場合は指示誤差が、自動の場合はマツチ
ング誤差が大きいと、特徴点における誤差の測定が不精
確になり、画像全体の幾何学的補正精度を低下させるこ
とになる。
また、フィルタ処理として、カルマンフィルりの考え方
を使用しており、いくつかの特徴点における推定誤差を
順次入力させ、その都度、推定ノくラメータを修正して
いく。入力する特徴点の順番は、あらかじめ決めておい
た順番で固定のため、最初に指示誤差あるいはマツチン
グ誤差の太きいものが入力されると、最終的な補正精度
が低トしてしまうという欠点があった。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、地表観
測画像等の画像歪を高精度に補正できる画像処理方法を
提供するにある。
上記目的を達成するために、本発明は、幾何学的精度を
測定する特徴点を自動推定すると共に、該推定点をフィ
ルタに入力する際の順位を決定し、所定の場合には該特
徴点の推定位置を微訓整できるものである。
以F1本光明の実施例を図面に基づいて説明するが、そ
の前に本発明の基礎となった事項について説明する。
第4図は、本発明の基礎となった事項を説明するために
示すフローチャートである。
第4図に示すフローチャートにおいて、ステップS1で
はき何学的モデルGの初期設定処理がなされることにな
る。この初期設定処理では、0衛星の較勢角;θ(1)
=(θ、。■、θ、1.。6.θア、す0附星の位置 
: X(t)= (x、 y、 z )0衛星の高度 
; h(t) 0スキヤン角 ;β(1) より幾何ご≠的G′f:決定する。
G=G  (θ(をン、  X(t)、  h(t)、
  β(t))        ・・・・・・・・・(
2)θ(t)、 X(t)は、衛星から送信される実時
間測定データを、β(1)は打上げ前の測定データを、
使用し、h(t)はX(t)より計算で求める。
このような処1哩が終了すると、ステップS2に移る。
ステップS2において、特徴点情報抽出処理が行なわれ
ることになる。つまり、ステップS2の特徴点情報抽出
処理では、後述する特徴点ファイルより、該当する特徴
点の地理的情報(、ECR座標値)(x、y、z)を取
り出し、次のステップS3に移る。
ステップS3では、参照チップ抽出処理が実行される。
該参照チップ抽出処理(登録済特徴点周辺画像抽出処理
)では、特徴点ファイルより、該当する特徴点の参照チ
ップを取り出し、ステップS4に移る。
ステップS4に移ると、特徴点位置推定処理がなされる
ことになる。この特徴点位置推定処理では、特徴点のE
C凡座標値(x+ Y+ z)より、逆写像ψ♂を用い
て次式によって未補正画像上の位置推定値(u、v)を
求める。すなわち、(u、v)=cpa(xeyez)
    −−−−・−・−(31として求まり、次のス
テップS5に谷る。
ステップS5では、推定チップ抽出処理が行なわれる。
このステップS5において実行されている推定チップ抽
出処理(特徴点推定位置周辺画像中心に、画像ファイル
より推定チップを抽出するものであり、この処理が終了
するとステップS6に、φる。
ステップS6では、上述の如く求めた推定チップと参照
チラノ°とを自動的にマツチングさせる自動マツチング
処理が行なわれる。
自動マツチングとしては、2段階の処理が行われる。、
第1段階で、まず粗いマツチングをとり、次いで第2段
階で、精密なマツチングをとること一−−−−にする。
後述するが、粗いマツチングをとる方法としては、5S
DA (5e(luential Sim目2rity
1)efection Algorithm )を使用
し、また、精密lマツチング金とる方法として、C0R
R,EL(Correlation)法を使用している
ステップS6で自動マツチング処理が終了すると、ステ
ップS7に移る。
ステップS7では、推定位置誤差計算処理を行なう。こ
のステップS7における推定位置誤差計算処理では、推
定チップと参照チップとのずれ量(p、(1)を、EC
R,座標系での誤差Eとして、次式のようにdfNをす
る。
E = Ro”  FLQ       ・・・・・・
・・・(4)ココテ、Ra”=9)a(L1+p、v+
Q)Ra  =ψa(u、v) である。
すると、 移ることになる。
ステップS8では、誤差統計処理が行なわれる。
すなわち、ステップS8で誤差統計処理は、全特徴点に
対する誤差量Erasとして与えられる。
すなわち、測定に使用している全特徴点に対する誤差量
E fffllは、 ここで、N′は特徴点の数 E+は特徴点に対する数 で与えられる。この計算が終了すると、ステップS9に
移る。
ステップS9では、フィルタ処理を行っている。
つまり、フィルタ処理はカルマンフィルタの考え方を使
用しており、いくつかの特徴点における推定誤差を順法
入力させ、その都度推定ノくラメータを修旧していく。
人力する特徴点の順番は、あらかじめ決めておいた順許
で固定のため、最初に指示誤差あるいはマツチング誤差
の太きいものが入力されると、最終的な補正精度が低ド
してしまう。
このステップS9の処理が終了すると、ステップ810
に移る。
ステップ810では、全特徴点について終了したか否か
を判定し、終了していないときはステップS2に戻り、
終了しているときは全処理を終了するものである。
第5図は、本発明の詳細な説明するために示すブロック
図である。第5図において、本発明に係る画像処理方法
が適用される画像処理装置は、該特徴点の地理的情報と
して、緯度、経度、高度あるいは、地球固定座標(EC
R,座標)値と、別の日に撮影した特徴点を含む周辺画
像とをあらかじめ登録しである特徴点ファイル11及び
12と、補正対象の画像ファイル13と、幾何学的モデ
ルGの初期設定処理19と、特徴点情報抽出処理16と
、特徴点の位置推定処理23と、特徴点推定位置周辺画
像(以下推定チップと呼ぶ)抽出処理17と、登碌済特
徴点周辺画像(以下参照チップと呼ぶ)抽出処理15と
、推定チップ22と参照チップ20との自動マツチング
処理21と、特徴点推定位置誤差計算処理28と、フィ
ルタ入力順序決定処理25と、フィルタ処理31と、特
徴点位置微調整処理30とから構成される。
尚、14は軌道姿勢テレメトリデータ、18は特徴点推
定位置データ、24はモデルパラメータ、26は特徴点
実位置データ、27はフィルタ人力特徴点順序、29は
特徴点推定ECR座標値データである。
次に、画像処理方法について、第6図乃至第9図を参照
して説明する。
第6図は、本発明に係る画像処理方法を説明するために
示すフローチャートである。第6図に示すフローチャー
トが第4図に示すフローチャートと異なるところは、ス
テップS6とステップS7との間にステップ8100と
ステップ5110とを設けると共に、ステップS8とス
テップS9との間にステップ5120を設け、かつステ
ップS9の後にステップ84’と、ステップ8130゜
5140及び5150とを設けた点にある。
さらに、第6図について説明すると、ステップS1乃至
ステップS5までは、第4図と同じである。次に、ステ
ップ86については、第4図では簡単に述べたが、ここ
では、詳細に述べることにする。ステップS6では自動
マツチング処理を行う。該自動マツチング処理では、推
定チップと参照チップとの自動マツチングを行うもので
ある。
この自動マツチングは、2段階の処理を行なうものであ
る。つまシ、粗いマツチングとして88DAを、精密な
マツチングとしてCOR,几ELを採用している。
まず、5SDAにおける2枚の画像w、Cの類似性評価
メジャは、 ・・・・・・・・・(7) 1 VV+、Jv L j =1〜ntmH推定チップCI
+J@ t、 J =1〜n ;参照チップ(p、q)
+推定チップと参照チップのずれ で与えられる。
次いで、COR几ELでは、画像の類似性の訂価メジャ
として相関係数である Aa(p’+ q)=(ECSR(p’、 q’)8c
l  L))/C゛  ・・・・・・・・・(8) ここで、 D=(Σ5c)(ΣSR(p’ 、 q’ )C=V’
7SII (p’q’)i−(ΣSn (p’ q’ 
)iT局×C山C−r、 =V]】フロコO辱ηリノ♂
8C:参照チップ  c+’=q十/、 (−4りtり
4)SIL:推定チップ を使用する。
Acを、5SL)Aで求めた点(p、q)を中心に(p
′、q′)の1直を換え、そのう′らの最大1直をとる
点(p”、 Q”)を求める(第7図及び第8図)。
尚、第7図において、Wは推定チップ、Cは参照チップ
であり、横軸にP1縦軸にQをとったものである。第8
図は、横軸に固累数、縦軸に評価メジャがとられている
ここで、(p”、9勺は整数であシ、未補正画像の1画
素程度まで、マツチング精度が期待できる。
さらに1画素以内のマツチング精度を得るために、内挿
法によシ参照チップと推定チップ間のずれ鼠を推定する
この方法は、第9図に示すように、点(p“。
ql)を含む周囲9点に対し、ある凸関数をfltさせ
、山登シ法によυこの関数の頂点座標(p、 Q )(
実数)を求める。この点(p、q)が、参照チップと推
定チップとのずれ量である。
第9図において用いる関数としては、 f (p、 q)=Cx+ (Ct p+ct q)+
 (Cs p”+Cs pq+C7q2)+ (C6p
 q” + Cs p’ q)+ C@p2 qt  
     ・・・・・・・・・(9)を使用すると、9
点の境界条件よりC!〜C9が求まり、さらに山の頂上
は、 このようにして、参照チップと推定チップとのマツチン
グをとシ、推定チップ内の特徴点位置を知ることができ
る。
しかし、参照チップや推定チップの撮影状態や特徴点の
地形的性質から、上記のようにして求めた推屋チップ内
の特徴点位置には、誤差を含む。
従って、この誤差がフィルタ処理で推定する幾何学的モ
デルGに影響を与えないようにする必要があるが、ここ
で一応自動マッチングは、終了したとして、ステップ5
100に移る。
ステップ5100で全特徴点について終了したか否か判
定し、終了していなければ、ステップS2に戻る。また
、ステップ5100で全特徴点について終了していれば
、ステップ5110に移る。
ステップ5110ではフィルタ入力順序決定処理を行う
。とれは、フィルタに人力する特徴点の順序を決定する
ためのものであり、推定チップ内の特徴点位置誤差が小
さいものから順に並べる。
%敵意li装置誤差の評価メジャとしては、マツチング
誤差が小さいもの、すなわち、上述の相関係数Acの大
きいものから順に並べるものとする。
この順序決定が完rすると、ステップS7に移る。
ステップS7では、4?徴点推定位置誤差計算処理が行
なわれる。すなわち、ステップS7における特徴点推定
位置誤差計算処理では、推定チップと参照チップとのず
れ量(p、(1)を、ECR座標系での誤差Eとして前
述同様に(4)式をノ月いて計算する。
E =Ra” −R,a    ・・・・・−・−(4
’ )ココニ、Ra ” = 9)a (u+p、 v
+q)Ra =ψa (u、 v) 上記計算が終了すると、ステップS8に移る。
ステップS8は、第4図のフローチャートと1司様に計
算をして、ステップ5120に移る。
ステップ5120は、本実施例の特徴部分で、その合否
判定処理では、前述の誤差統言十童Erasカニ、ある
一定量より小さければ、幾何学的モデルGは妥当なもの
として、処理を完了させる。そうでなければ、ステップ
S9に移り、フィルり処理を行うものである。ここで、
フィルタ処理では、カルマンフィルタの考え方を利用し
゛て、i(i’l学V杓モテルGを更新する。Gは衛星
の姿勢角θ(1)や高度)1(1)に対して、非線形で
あるため、姿勢角の係数と高度のバイアス梗を状態ベク
トルとする線形方程式を導く。線形1しは、C0を中J
IJとした微小な(θ−θ。)を考え、θに関する1次
微分をとり1b 6についても同様の処理を行うことに
よシ実行する。すなわち、 G (19(t)、 X(t)、 h(t)、 β(t
))〜G(θo(t)、X(t)、 ho(t)、β(
t))となり、またθ(1)は、 となる。
状態ベクトルをθ=(C1゜Illθpltahlθア
at)”から多項式の係数ψ” (To r rl +
 ””I )’! l Ys )T にす゛るために6
.G を次のように変換する。
0.G(θ−θ。)=H′・(ψ−ψ0)   ・・・
・・・・・・(131ここで、n’ t + + =−
G(L K、(j) ) ”−’・・d(・◆1)dθ に、(j) =C(j −1)/ (n+1 ) )+
t状態ベクトルS(す” (rO+ rl t ”’)
’2 + Y3+ h)Tとすると線形化された観測方
程式は Ro(t)”H・8(t)+ C+ n(t)    
 −・−・・−(Jl)C=)(S。
So = Cψo”+ho’〕 フィルタの入力となる特徴点の推定位置誤差は特徴点推
定位置誤差計算処理で求めたE+でありiがフィルタ入
力順番を示すとするとS(I・1)を推定する方法は、 ’i(t÷1)= ′7+)+K 、(1+ 1 ) 
 E量           ・・・・・・・・・C9
ここで、 フィルタゲイン+ K (i + 1 ) =Ri)H
+T[Ht P(i)H+T+σN”(K+1))” 共分散方程式;P(i+1)=P(i)  P(i)H
t”[HtTP(i) li++σN2 (i+1)]”H+P(i) Ht =H(1+11 i ) σN!:誤差の共分散 初期値; P(0) = E (X(o)・X(0) 
)E()は期待値を表わす 状態ベクトルをす国)に更新したことにより、幾何学的
モデルGも更新されたことになり、新しいモデルを使用
して、再度全特徴点について推定位置を計算する。
特徴点jに対する未補正画像上の特徴点(U+。
V+)は、新しいモデルを使用すると、h−讐ら) =
 ψa(1)(Uj +  VJ  )=(Xj + 
 YJ  +  21  )・・・・・・・・・C6) となる。この計算が終了すると、ステップ84’に、移
る。
すなわち、ステップ84’では、上記結果を基に、再び
、特徴点推定位置誤差計算処理を行ない、ステップ51
30に移る。ここで、全特徴点が終了していないと、ス
テップS8に戻υ、前述の処理(ステップ88〜ステツ
プ84′)、すなわち、合否判定処理、フィルタ処理を
繰り返すことになる。。
この繰返しは、ステップ5110におけるフィルタ入力
順序決定処理にて決定した順番(第5図27参照)に、
特徴点毎に繰返すものである。
繰返しが終了するのは、ステップ5120における合否
判定処理にてざ′ケの特徴点の誤差統計量Barnsが
ある一定址より小さくなった時であシ、それ以外の時は
 N/ケの特徴点について繰返す。
N′ケの特徴点について繰返してもJamsがある一足
量よシ小さくならない場合は、ステップ5150に移り
、特徴点位置微調整処理を実施する。ステップ5150
での特徴点位置微調整処理では、フィルタ入力特徴点順
序(N’ −1)に対する特徴点推定位置(U、V)を
変化させ、以下、特徴点CN’−1)、 (N’−t+
1)、・・・(N勺について、ステップ5120の合否
判定処理、ステップS9のフィルタ処理、ステップS4
’における推定位置誤差計算処理を繰返すものであるC
1=0.1.2.・・・、N’−1)。ステップS4’
の推定位置誤差計算処理(第5図28参照)で計算し直
すEtmaには微調整のた−めに使用した特徴点(N’
−1)についての誤差量を宮めず、(l笑N’ −1) として計算する。
本実施例によれば、地表観測画僑等の幾何学的歪補正を
f−テう幾何学的モデルに、精度の測定点である特徴点
における指示誤差あるいはマツチング眼差の影響を抑え
、画像全体の補正誤差を減少させることができる。
本発明は、要するに、画像中にある幾何学的精IWを測
定する特徴点を推定し、当該特徴点を所定の順序に順位
づけし、かつ、当該特徴点における幾何学的モデル誤差
を計算し、当該誤差を減少させるために順位に従って特
徴点をフィルタに入力して幾何学的モデルを更新させ、
かつ、特徴点の推定位置を微調整できるようにしたもの
である。
以上述べたように本発明によれば、画像全体の1・−正
誤差を減少させ幾何学的歪補正硝度を向上できるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は衛星が地表を観測している状態を説明するため
に示す説明図、第2図は衛星によって得゛られる衛星画
像を示す説明図、第3図は衛星と地第3図 / 弔41¥1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、地表観測画像等の画像中に幾何学的精度を測定する
    特徴点を推定し、該特徴点における幾何学的モデル誤差
    を計算し、当該誤差を減少させるためにフィルタ処理を
    行なって幾何学的モデルを更新する画像処理方法におい
    て、前記フィルタに入力する特徴点に所定の順位をつけ
    、かつ、所定の条件のときには該特徴点の推定位置を微
    調整できることを特徴とする画像処理方法。 2、特許請求の範囲第1項記載の画像処理方法において
    、あらかじめ設定しておいた誤差以内に、幾何学的歪補
    正誤差が入ったときに処理を終了することを特徴とする
    画像処理方法。
JP57132236A 1982-07-30 1982-07-30 画像処理方法 Granted JPS5924365A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6257071A (ja) * 1985-09-06 1987-03-12 Hitachi Ltd 画像歪の補正方法
JPS62284214A (ja) * 1986-03-17 1987-12-10 ジオスペクトラ・コ−ポレ−シヨン 移動イメ−ジセンサ−プラツトホ−ム等の姿勢決定システム

Non-Patent Citations (1)

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IBM JOURNAL OF RESEARCH AND DEVELOPMENT=1976US *

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