專利名稱：一種復(fù)合式像對(duì)立體定位方法
一種復(fù)合式像對(duì)立體定位方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于攝影測(cè)量與遙感技術(shù)中的解析空中三角測(cè)量領(lǐng)域，特別是涉及攝影測(cè)量領(lǐng)域中的一種基于多種傳感器構(gòu)像模型的“復(fù)合式”像對(duì)立體定位方法。
背景技術(shù)：
立體定位技術(shù)，即立體攝影測(cè)量，是以立體像對(duì)為基礎(chǔ)，通過對(duì)立體像對(duì)的觀察和量測(cè)確定地面目標(biāo)的形狀、大小、空間位置及性質(zhì)的一門技術(shù)。立體像對(duì)是指從不同攝站攝取的具有重疊影像的一對(duì)像片。在常規(guī)攝影測(cè)量與遙感中，立體像對(duì)被默認(rèn)為一定是由同一傳感器獲取的，但事實(shí)上，不管是不是同一傳感器獲取的兩張像片，只要滿足“在不同攝站攝取”和“具有一定影像重疊”，就可以構(gòu)成立體像對(duì)，即本申請(qǐng)所述的“復(fù)合式”像對(duì)， 實(shí)現(xiàn)立體定位。
根據(jù)傳感器類型不同，人們可以獲得的影像包括SAR影像與光學(xué)影像。 SAR(Synthetic Aperture Radar),合成孔徑雷達(dá),是采用搭載在衛(wèi)星或飛機(jī)上的移動(dòng)雷達(dá)，達(dá)到大型天線同樣精度的雷達(dá)系統(tǒng)。通過雷達(dá)向地方發(fā)生雷達(dá)波，接收反射波的方式進(jìn)行測(cè)量，比光學(xué)測(cè)量有一定優(yōu)勢(shì)，如不受氣象與時(shí)間因素影響等。
從上世紀(jì)七十年代國外已有學(xué)者提出將SAR影像與光學(xué)影像聯(lián)合進(jìn)行立體測(cè)圖的思想。但至今尚未有較成熟的成果，定位精度不高或者是僅能適合同一類型的影像。
相關(guān)技術(shù)術(shù)語介紹空中三角測(cè)量是立體攝影測(cè)量中，根據(jù)少量的野外控制點(diǎn)，在室內(nèi)進(jìn)行控制點(diǎn)加密，求得加密點(diǎn)的高程和平面位置的測(cè)量方法。由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展而產(chǎn)生的解析空中三角測(cè)量，能夠用計(jì)算的方法，根據(jù)遙感像片上量測(cè)的像點(diǎn)坐標(biāo)和少量地面控制點(diǎn)，采用較嚴(yán)密的數(shù)學(xué)公式，按最小二乘法原理，用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)解算待定點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。
各國的星載SAR 系統(tǒng)舉例，美國Seasat-l，Sir-A，Sir-B，Sir-C，LACROS SE SAR, LightSAR,Medsat SAR。歐洲ERS-1,ERS-2,XSAR,ASAR0 加拿大Radarsat-1,Radarsat-20
DEM (Digital Elevation Model)是一定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)(X, Y)及其高程(Z)的數(shù)據(jù)集，它主要是描述區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布，是通過等高線或相似立體模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(包括采樣和量測(cè))，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)插而形成的。
測(cè)量平差方法利用最小二乘法原理合理調(diào)整觀測(cè)誤差，評(píng)定測(cè)量成果精密度的一種計(jì)算方法。其目的在于消除各觀測(cè)值間的矛盾，以求得最可靠的結(jié)果和評(píng)定測(cè)量結(jié)果的精度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的“復(fù)合式”像對(duì)立體定位方法的目的是提供一種能夠利用多種傳感器在不同時(shí)刻、不同位置獲取的同一地區(qū)的相同類型或不同類型的遙感影像組成立體像對(duì)，并計(jì)算獲得地面目標(biāo)空間坐標(biāo)的方法。本發(fā)明能夠在由于云層遮擋及大氣污染等原因造成獲取光學(xué)影像質(zhì)量的下降，且SAR立體測(cè)圖又難以進(jìn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)不同傳感器獲取的影像構(gòu)成“復(fù)合式”像對(duì)進(jìn)行定位。
為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明的方案是一種復(fù)合式像對(duì)立體定位方法，步驟如下
步驟I)，根據(jù)各種傳感器成像方式，分別建立對(duì)應(yīng)的各種傳感器的構(gòu)像模型；
步驟2)，選擇已獲得的兩幅相同或不同類型的影像作為立體像對(duì)，選擇步驟I)中與所述像對(duì)分別對(duì)應(yīng)的構(gòu)像模型，依據(jù)已知控制條件，分別計(jì)算所述像對(duì)構(gòu)像模型的模型參數(shù)，得到像對(duì)中的已知模型參數(shù)的構(gòu)像模型；
步驟3)，選擇一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，將該目標(biāo)點(diǎn)在像對(duì)上的兩個(gè)像坐標(biāo)分別代入對(duì)應(yīng)的步驟2)所述的已知模型參數(shù)的構(gòu)像模型，聯(lián)合解算該目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)；
步驟4)，重復(fù)步驟3)，解算整個(gè)影像區(qū)域的大地坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)定位。
步驟I)所述的構(gòu)像模型包括光學(xué)畫幅式影像對(duì)應(yīng)面中心投影模型；光學(xué)線陣 CXD影像對(duì)應(yīng)線中心投影模型；SAR影像對(duì)應(yīng)F. Leberl模型；所有影像都適用的有理函數(shù)模型。步驟3)中，通過聯(lián)合平差解算出目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)。
本發(fā)明是基于多種傳感器構(gòu)像模型的“復(fù)合式”像對(duì)立體定位方法。方案的步驟3)，因?yàn)橄駥?duì)的組合方式較多，有多種兩兩結(jié)合的方式，所述像對(duì)的兩個(gè)“已知模型參數(shù)的構(gòu)像模型”組合成為一個(gè)復(fù)合式像對(duì)的“聯(lián)合構(gòu)像模型”，由于已經(jīng)根據(jù)控制條件獲得了相應(yīng)的模型參數(shù)，帶入同一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)在不同像中的兩組坐標(biāo)，通過攝影測(cè)量平差計(jì)算就能夠求解出相應(yīng)地面點(diǎn)的大地坐標(biāo)。逐步增加目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的立體定位。上述過程都是在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上完成的。
本發(fā)明“復(fù)合式”像對(duì)立體定位方法能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型傳感器獲取的遙感影像構(gòu)成立體像對(duì)并進(jìn)行定位，相比傳統(tǒng)的立體定位方法具有更廣泛的適用性；以各種傳感器的嚴(yán)格或近似嚴(yán)格構(gòu)像模型為基礎(chǔ)構(gòu)建了“復(fù)合式”像對(duì)立體定位模型，能夠更加高效地利用各種遙感影像數(shù)據(jù)，并能夠保證在傳統(tǒng)立體像對(duì)數(shù)據(jù)不完整的情況下，準(zhǔn)確獲得感興趣地區(qū)重點(diǎn)目標(biāo)的空間信息。更重要的是，它能夠保證在一些特殊或極端情況下，準(zhǔn)確獲得感興趣地區(qū)重點(diǎn)目標(biāo)的位置信息。特別是在遙感影像數(shù)據(jù)獲取渠道不通暢時(shí)，可以通過新舊影像的組合、國內(nèi)外影像的組合、不同類型影像的組合等方式構(gòu)成“復(fù)合式”立體像對(duì)進(jìn)行定位。甚至可以在一定條件下進(jìn)行“復(fù)合式”立體測(cè)圖，實(shí)現(xiàn)感興趣地區(qū)地形資料的快速更新。


圖I光學(xué)和SAR傳感器構(gòu)成的“復(fù)合式”像對(duì)立體定位示意圖2 “復(fù)合式”像對(duì)立體定位方法流程圖3畫幅式像片的物像關(guān)系；
圖4線陣(XD的物像關(guān)系；
圖5距離條件示意圖6多普勒條件示意圖7具體實(shí)施例一中四幅衛(wèi)星影像對(duì)應(yīng)區(qū)域及控制點(diǎn)分布示意圖8具體實(shí)施例一中六個(gè)“復(fù)合式”像對(duì)檢查點(diǎn)的誤差統(tǒng)計(jì)，O X方向誤差，□ Y方向誤差，A Z方向誤差；
圖9具體實(shí)施例一中四顆衛(wèi)星的空間位置關(guān)系；
圖10具體實(shí)施例二中四幅影像對(duì)應(yīng)區(qū)域及檢查點(diǎn)分布示意圖11具體實(shí)施例二中六個(gè)“復(fù)合式”像對(duì)檢查點(diǎn)的誤差統(tǒng)計(jì)，O X方向誤差，□ Y 方向誤差，A Z方向誤差；
圖12具體實(shí)施例二中四幅影像的空間位置關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
首先介紹下面的實(shí)施例中所采用的一些構(gòu)像模型，光學(xué)畫幅式影像對(duì)應(yīng)面中心投影模型；光學(xué)線陣CCD影像對(duì)應(yīng)線中心投影模型；SAR影像對(duì)應(yīng)F. Leberl模型；所有影像都適用的有理函數(shù)模型。
I、常用的傳感器構(gòu)像模型
(I)面中心投影模型
畫幅式影像通常采用面中心投影模型，每景影像有唯一的投影中心(攝影機(jī)物鏡中心S)，所攝地區(qū)地面上各點(diǎn)的反射光線通過投影中心到達(dá)像平面上形成影像，如圖3所示，其中O-XYZ為地面坐標(biāo)系，S-xyz為原點(diǎn)在攝站的攝影測(cè)量坐標(biāo)系，o-xy為像平面坐標(biāo)系，So為主光軸方向。
型為
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合式像對(duì)立體定位方法，其特征在于，步驟如下步驟I)，根據(jù)各種傳感器成像方式，分別建立對(duì)應(yīng)的各種傳感器的構(gòu)像模型；步驟2)，選擇已獲得的兩幅相同或不同類型的影像作為立體像對(duì)，選擇步驟I)中與所述像對(duì)分別對(duì)應(yīng)的構(gòu)像模型，依據(jù)已知控制條件，分別計(jì)算所述像對(duì)構(gòu)像模型的模型參數(shù)， 得到像對(duì)中的已知模型參數(shù)的構(gòu)像模型；步驟3)，選擇一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，將該目標(biāo)點(diǎn)在像對(duì)上的兩個(gè)像坐標(biāo)分別代入對(duì)應(yīng)的步驟2) 所述的已知模型參數(shù)的構(gòu)像模型，聯(lián)合解算該目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)；步驟4)，重復(fù)步驟3)，解算整個(gè)影像區(qū)域的大地坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合式像對(duì)立體定位方法，其特征在于，步驟I)所述的構(gòu)像模型包括光學(xué)畫幅式影像對(duì)應(yīng)面中心投影模型；光學(xué)線陣CCD影像對(duì)應(yīng)線中心投影模型；SAR影像對(duì)應(yīng)F. Leberl模型；所有影像都適用的有理函數(shù)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合式像對(duì)立體定位方法，其特征在于，步驟3)中，通過聯(lián)合平差解算出目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種復(fù)合式像對(duì)立體定位方法，步驟如下步驟1)，根據(jù)各種傳感器成像方式，分別建立對(duì)應(yīng)的各種傳感器的構(gòu)像模型；步驟2)，選擇已獲得的兩幅相同或不同類型的影像作為立體像對(duì)，選擇步驟1)中與所述像對(duì)分別對(duì)應(yīng)的構(gòu)像模型，依據(jù)已知控制條件，分別計(jì)算所述像對(duì)構(gòu)像模型的模型參數(shù)，得到像對(duì)中的已知模型參數(shù)的構(gòu)像模型；步驟3)，選擇一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，將該目標(biāo)點(diǎn)在像對(duì)上的兩個(gè)像坐標(biāo)分別代入對(duì)應(yīng)的步驟2)所述的已知模型參數(shù)的構(gòu)像模型，聯(lián)合解算該目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)；步驟4)，重復(fù)步驟3)，解算整個(gè)影像區(qū)域的大地坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)定位。本發(fā)明能夠保證在一些特殊或極端情況下，準(zhǔn)確獲得感興趣地區(qū)重點(diǎn)目標(biāo)的位置信息。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102538764SQ20111044870
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者何鈺, 候一凡, 周楊, 孫偉, 徐青, 施群山, 李建勝, 王棟, 藍(lán)朝楨, 邢帥, 郭海濤, 靳國旺, 馬東洋 申請(qǐng)人:中國人民解放軍信息工程大學(xué)