[發明專利]基于復共線性分析的RPC參數優選方法

無效

• 申請號: 200910063286.7
• 申請日: 2009-07-23
• 公開（公告）號: CN101608914A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 袁修孝;曹金山
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01S7/48;G06F17/11
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所
• 代理人: 劉 榮

技術領域

本發明涉及RPC(Rational?Polynomial?Coefficients)參數的優選方法，屬于攝影測量與遙感領域。

背景技術

1999年9月24日，美國空間成像公司(Space?Imaging)將IKONOS衛星成功送入預定軌道并接受衛星遙感影像，標志著高空間分辨率衛星遙感時代的到來。自從高空間分辨率遙感衛星IKONOS采用有理函數模型(Rational?FunctionModel，RFM)替代以共線條件方程為基礎的嚴格幾何處理模型進行影像幾何處理以來，RFM受到了遙感學界的廣泛關注，并被學者們深入研究，取得了很好的應用效果。Grodecki和Tao等證實了在單線陣推掃式衛星遙感影像幾何處理中可用RFM取代嚴格幾何處理模型，可以用于影像糾正、正射影像制作和目標三維重建等。Fraser和Hu等研究了如何利用地面控制點提高RFM精度的方法。Grodecki和劉軍等研究了基于RFM的區域網平差方法。

就以上應用而言，RFM實質是對嚴格幾何處理模型的數學逼近。其關鍵在于精確求解有理函數模型各多項式的系數(Rational?Polynomial?Coefficients，RPC)，簡稱為RPC參數。研究表明，對IKONOS和QuickBird高分辨率衛星遙感影像，采用地形無關的解算方案建立RFM可以達到極高的擬合精度。由于RFM形式簡單，適用于各種類型的遙感傳感器，包括新型的航空/航天遙感傳感器，而且無需使用成像過程中的各種幾何參數，如衛星星歷、傳感器姿態角以及物理特性參數和成像方式等；加之RPC參數不具有明確的物理意義，能夠很好地隱藏傳感器的核心信息。因此，RFM被廣泛應用于高分辨率衛星遙感影像的幾何處理中，已成為可以替代嚴格幾何處理模型的一種獨立于傳感器的廣義幾何處理模型。

然而，為了RFM應用上的便利和保證遙感影像的幾何處理精度，常常需要采用地形相關方案求解RPC參數。地面控制點分布不均勻或者RFM過度參數化，常常導致求解RPC參數的誤差方程設計矩陣的列向量之間存在近似的線性關系(數學上稱之為復共線性)，即RPC參數之間存在相關性，導致按照最小二乘平差原理建立的法方程嚴重病態，使得解不穩定或者出現較大的偏差。目前采用的嶺估計法雖然能在一定程度上改善法方程的病態，但所能達到的精度依然十分有限。Tao和Hu對一景SPOT影像進行過試驗，人工量測了71個地面控制點，根據其中的40個控制點按嶺估計法求解RPC參數，所得到的控制點和檢查點的坐標殘差中誤差分別為±6.42×10^-3pixels和±6.13pixels。由此不難看出，雖然RFM對控制點的擬合精度很高，但RFM用于高分辨率衛星遙感影像幾何處理的精度還是非常有限的。

發明內容

本發明的目的就在于克服上述現有技術的不足而試圖從分析求解RPC參數的誤差方程設計矩陣列向量間的復共線性著手，提出一種去相關的RPC參數優選方法。根據一定準則優選出適量的顯著性RPC參數，剔除部分相關的RPC參數，使RFM中的參數保持相對獨立，以消除法方程病態對RPC參數求解精度的影響，實現在缺少地面控制點情況下，能夠采用地形相關方案精確求解RPC參數，并保證基于此RPC參數構建RFM的遙感影像幾何處理精度。

實現本發明目的采用的技術方案是：首先建立求解RPC參數的嚴密誤差方程；然后分析誤差方程設計矩陣列向量間的復共性線，并根據一定的原則優選RPC參數；最后根據最小二乘平差原理求解優選出的RPC參數。

上述嚴密誤差方程的建立是將有理函數模型按照泰勒級數展開得到的，具體過程如下：

有理函數模型將像點坐標(l，s)表示為含地面點坐標(P，L，H)的多項式的比值，即：