[發(fā)明專利]基于物方投影幾何約束的線陣推掃式影像最佳掃描線搜索方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710168761.8
• 申請日: 2007-12-12
• 公開（公告）號: CN101196396A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王密;胡芬;王海濤
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01B11/03
• 代理公司: 武漢天力專利事務(wù)所
• 代理人: 程祥;馮衛(wèi)平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測繪科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于物方投影幾何約束的線陣推掃式影像最佳掃描線快速搜索方法。該方法結(jié)合線陣推掃式影像特有的攝影幾何關(guān)系，采取一種新的基于各掃描行中心投影面空間約束的物方搜索策略，實(shí)現(xiàn)物方點(diǎn)最佳成像掃描線的高效搜索。

背景技術(shù)

線陣推掃式傳感器目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天攝影測量領(lǐng)域，為攝影測量與遙感應(yīng)用開辟了嶄新的途徑。在航天領(lǐng)域，IKONOS、SPOT5、CBERS-2、QuickBird等衛(wèi)星上荷載的CCD傳感器皆為線陣推掃式傳感器；在航空遙感領(lǐng)域，近些年來也相繼出現(xiàn)了一些高效的商用數(shù)字傳感器系統(tǒng)，例如ADS40、STARIMAGER，它們都基于多線陣CCD推掃成像，具有廣闊的應(yīng)用前景。線陣推掃式影像遵循多中心投影成像原理，每一條掃描線與被攝物體之間具有嚴(yán)格的中心投影幾何關(guān)系，并擁有各自的6個外方位元素。因此，要計算地面點(diǎn)的影像坐標(biāo)，首先要確定其成像曝光時刻及其對應(yīng)的外方位元素，這就涉及到最佳掃描線的搜索定位問題。在線陣推掃式影像的各種攝影測量應(yīng)用中，如對影像進(jìn)行的幾何糾正處理、基于立體影像的目標(biāo)定位和立體測圖等，最佳掃描行的快速精確定位都是十分基礎(chǔ)和重要的環(huán)節(jié)，并且在很大程度上影響著線陣推掃式影像的處理和應(yīng)用效率。

早在上世紀(jì)，針對各種線陣推掃式衛(wèi)星傳感器的實(shí)際應(yīng)用需求，經(jīng)典的像方最佳掃描線搜索策略被提出并沿用至今。近幾年，新型航空航天傳感器的發(fā)展應(yīng)用對掃描線搜索的效率提出了更高的要求，出現(xiàn)了一些改進(jìn)的像方搜索方法，并較多的用于航空影像的后處理。隨著當(dāng)前影像分辨率的不斷提高，某些CCD推掃式傳感器如ADS40，獲取的一景條帶影像至少包含數(shù)萬條掃描線，數(shù)據(jù)處理的計算量也相應(yīng)變大。特別是在立體測圖應(yīng)用中，需要在短時間內(nèi)完成大批測量點(diǎn)的最佳掃描線快速精確搜索計算，這就對搜索方法的效率提出了更高的要求。已有的最佳掃描線搜索方法全都采取基于嚴(yán)密傳感器數(shù)學(xué)模型即中心投影共線方程的像方搜索策略，然而搜索過程中基于共線方程的多次繁瑣矩陣運(yùn)算已成為當(dāng)前線陣推掃式影像后處理及應(yīng)用的效率瓶頸。

掃描行中心投影面是線陣推掃式影像的每條掃描線在成像瞬間，CCD線陣傳感器與其投影中心所構(gòu)成的空間平面。對于任何一景線陣推掃式影像，各掃描行中心投影面在有效攝影區(qū)域內(nèi)應(yīng)近似平行即互不相交，且相鄰掃描行中心投影面的間隙不會出現(xiàn)明顯變化，以保證影像的質(zhì)量和使用價值。基于掃描行中心投影面的這種空間約束關(guān)系，在找到物方點(diǎn)的左右最鄰近掃描行中心投影面之后，基于物點(diǎn)、投影中心、像點(diǎn)共面的約束條件，可以內(nèi)插精確定位最佳掃描線。這種物方搜索策略能成為解決傳統(tǒng)搜索效率瓶頸問題的突破口，它不但有效避免了傳統(tǒng)方法中基于嚴(yán)密傳感器模型即共線方程的多次搜索計算，并且只需要少量的解析幾何運(yùn)算，能顯著地提高搜索效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是：提供一種基于物方投影幾何約束的線陣推掃式影像最佳掃描線快速搜索方法。該方法基于線陣推掃式影像特有的攝影幾何約束，將傳統(tǒng)的基于CCD探元焦平面坐標(biāo)約束的像方搜索過程，巧妙轉(zhuǎn)化為基于各掃描行中心投影面約束關(guān)系的物方搜索過程，從而有效地避開了傳統(tǒng)像方搜索策略中基于嚴(yán)密傳感器數(shù)學(xué)模型的繁瑣計算，方法簡單、易于實(shí)現(xiàn)，具有一定的通用性。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種基于物方投影幾何約束的線陣推掃式影像最佳掃描線快速搜索方法，包括以下步驟：

1.將CCD線陣傳感器分成n段，n取不大于30的正整數(shù)；然后對每段之內(nèi)的CCD探元用一條直線近似表示，這樣每段CCD探元在掃描成像時，與掃描線投影中心分別形成一個掃描行中心投影面；

2.采用二維仿射變換公式(1)近似描述線陣推掃式影像的像素坐標(biāo)與物方平均高程面二維投影坐標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系；在線陣推掃式影像的四角選取4個像點(diǎn)，基于中心投影共線條件方程計算它們在物方平均高程面上的二維投影坐標(biāo)；將這4個像點(diǎn)的像素坐標(biāo)和計算得到的物方投影點(diǎn)坐標(biāo)分別代入公式(1)聯(lián)立方程組，基于最小二乘平差解算6個仿射變換參數(shù)；

?????????????????x＝a₀+a₁X+a₂Y

?????????????????????????????????????????????(1)

?????????????????y＝b₀+b₁X+b₂Y

上面公式中：

(x，y)為像點(diǎn)的像素坐標(biāo)，其中x對應(yīng)的是影像掃描行的行號；