[發明專利]一種提高多相機合成影像攝影測量精度的方法

有效

• 申請號: 201310384965.0
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN103557841A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 陳天恩;吳獻文
• 申請（專利權）人: 陳天恩;吳獻文
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02;G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種提高多相機合成影像攝影測量精度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)對多相機系統進行檢校得到多相機系統中每個單相機內方位元素、物鏡畸變及在多相機坐標系中確定的外方位元素的相機參數；

(2)根據測量項目的要求在相機搭載平臺上安裝所述多相機系統以及配套的定位導航設備對所述測量項目所在地區內的目標進行攝影，并得到所述多相機系統中所有單相機的原始影像及定位導航數據；

(3)根據測量項目的要求對項目所在地區的地面控制點進行觀測；(4)根據所述多相機系統的類型選定多相機合成影像拼接所需的投影變換方法，并依據步驟(1)得到的相機參數建立單相機原始影像與多相機合成影像之間嚴密的影像坐標相互轉換關系；

(5)將步驟(2)得到的每個單相機原始影像，然后按步驟(4)得到的影像坐標相互轉換關系進行拼接，得到每個多相機合成影像及其內方位元素，并在多相機合成影像上標出單相機原始影像所對應的區域；

(6)根據測量項目的要求，利用步驟(2)得到的定位導航數據、步驟(5)得到的多相機合成影像及其內方位元素以及步驟(1)得到的單相機參數建立空三平差、三維量測及正射糾正用的攝影測量數據處理工程；

(7)根據步驟(6)建立的攝影測量數據處理工程對步驟(5)得到的多相機合成影像進行加密點像點坐標的自動與手工觀測(什么是手工觀測？)，對步驟(3)得到的地面控制點在多相機合成影像上的對應像點坐標進行手工觀測，并將這兩類點在多相機合成影像上的影像坐標按步驟(4)建立的影像坐標相互轉換關系以及步驟(5)得到的多相機合成影像上標出的單相機原始影像所對應的區域變換到單相機原始影像上，得到單相機原始影像上的影像坐標；

(8)結合步驟(2)得到的定位導航數據對步驟(7)得到的單相機原始影像上的像點、所述像點所在單相機原始影像投影中心與其對應的地面點根據航空攝影或地面攝影的模式分別建立對應共線方程式，航空攝影模式下的共線方程式為：

XYZ=XGPSO+XGPSYGPSO+YGPSZGPSO+ZGPS+RIMUO·RIMU·Rvirt(ΔXGPS-virtΔYGPS-virtΔZGPS-virt+XSsubYSsubZSsub+λMsubxsub-xsub0+Δxsubysub-ysub0+Δysub-fsub)---(1)]]>

其中，X，Y，Z為對應地面點在物空間測圖坐標系內的三維坐標，X_GPS，Y_GPS，Z_GPS為步驟(2)中定位導航設備在物空間測圖坐標系內取得的攝站的三維坐標，X_GPSO，Y_GPSO，Z_GPSO為X_GPS，Y_GPS，Z_GPS在物空間測圖坐標系內的起算值，R_IMU為步驟2中定位導航設備在物空間測圖坐標系內取得的攝站的姿態角，由滾動角ω、俯仰角φ與方位角κ構成的旋轉矩陣，R_IMUO為攝站的姿態角在物空間測圖坐標系內的起算值，由滾動角ω0、俯仰角φ0與方位角κ0構成的旋轉矩陣，R_virt為多相機系統坐標系與步驟(1)中定位導航設備坐標系方向不一致量，由滾動角ωvirt、俯仰角φvirt與方位角κvirt構成的旋轉矩陣，M_sub為單相機在多相機系統坐標系內確定的方向角元素，由滾動角ωsub、俯仰角φsub與方位角κsub構成的旋轉矩陣，ΔX_GPS-virt，ΔY_GPS-virt，ΔZ_GPS-virt為GPS天線中心在多相機坐標系內確定的相對位置，為單相機物鏡中心在多相機坐標系內確定的相對位置，x_sub，y_sub為步驟(7)得到的單相機原始影像上的像點影像坐標，為單相機的主點位置，f_sub為單相機的主距，Δx_sub，Δy_sub為x_sub，y_sub中由單相機影像變形及物鏡畸變等引起的系統誤差補償；

地面攝影模式下的共線方程式為：

XYZ=XGPSO+XGPSYGPSO+YGPSZGPSO+ZGPS+RIMUO·RIMU·Rvirt(ΔXGPS-virtΔYGPS-virtΔZGPS-virt+XSsubYSsubZSsub+λMsubxsub-xsub0+Δxsubfsubysub-ysub0+Δysub)---(2)]]>

其中，R_IMUO、R_IMU、R_virt及M_sub分別為根據地面攝影模式定義的角元素來組成的旋轉矩陣，其它符號所代表的含義與式(1)相同；

(9)對步驟(8)建立的航空攝影模式與地面攝影模式下的共線方程式均按同樣的方式進行線性化得到下列形式相同的誤差方程式：

VP=CGPSIMUXGPSIMU+CGXG+CAXA+CGPS-virtXGPS-virt+CIMU-virtXIMU-virt+Cvirt-subXvirt-sub-LPPPVG=EGXG-LGPGVA=EAXA-LAPAVGPSIMU=EGPSIMUXGPSIMU-LGPSIMUPGPSIMUVGPS-virt=EGPS-virtXGPS-virt-LGPS-virtPGPS-virtVIMU-virt=EIMU-virtXIMU-virt-LIMU-virtPIMU-virtVvirt-sub=Evirt-subXvirt-sub-Lvirt-subPvirt-sub---(3)]]>

其中，VP，VG，VA，VGPS-IMU，VGPS-virt，VIMU-virt及Vvirt-sub分別為單相機原始影像坐標、地面點物空間三維坐標、自檢校附加參數、GPS/IMU定位導航數據、GPS天線中心到多相機合成影像投影中心偏移量、多相機坐標系與IMU坐標系不一致、以及單相機在多相機坐標系內的定向元素的觀測值改正向量，XG，XA，XGPS-IMU，XGPS-virt，XIMU-virt及Xvirt-sub分別為地面點物空間三維坐標、自檢校附加參數、GPS/IMU定位導航數據、GPS天線中心到多相機合成影像投影中心偏移量、多相機坐標系與IMU坐標系不一致、以及單相機在多相機坐標系內的定向元素作為平差未知數的改正數向量，CG，CA，CGPS-IMU，CGPS-virt，CIMU-virt及Cvirt-sub分別為XG，XA，XGPS-IMU，XGPS-virt，XIMU-virt及Xvirt-sub對應的系數矩陣，EG，EA，EGPS-IMU，EGPS-virt，EIMU-virt及Evirt-sub分別為XG，XA，XGPS-IMU，XGPS-virt，XIMU-virt及Xvirt-sub對應的單位系數矩陣，LP，LG，LA，LGPS-IMU，LGPS-virt，LIMU-virt及Lvirt-sub分別為VP，VG，VA，VGPS-IMU，VGPS-virt，VIMU-virt及Vvi?rt-sub對應的常數向量，PP，PG，PA，PGPS-IMU，PGPS-virt，PIMU-virt及Pvirt-sub分別為單相機原始影像坐標、地面點物空間三維坐標、自檢校附加參數、GPS/IMU定位導航數據、GPS天線中心到多相機合成影像投影中心偏移量、多相機坐標系與IMU坐標系不一致、以及單相機在多相機坐標系內的定向元素的觀測值對應的權矩陣，反映這些觀測值的精度；

(10)根據攝影測量中空三平差的方法，用最小二乘法對步驟(9)建立的誤差方程式進行法化組成法方程，通過迭代運算求得誤差方程式中的未知數，當解算滿足預先設定的精度條件時完成多相機合成影像的空三平差處理，得到空三平差的最后結果；

(11)根據得到的空三平差結果對多相機合成影像進行三維量測，將多相機合成影像上觀測的像點坐標按步驟(7)所述的處理方式轉換到單相機原始影像上，得到單相機原始影像上的影像坐標，再將得到的空三平差結果中的多相機系統的外方位元素與對應的單相機在多相機系統內的定向元素結合，得到單相機在地面測圖坐標系中的外方位元素，然后按攝影測量中的前方交會方法計算出觀測點對應的空間三維坐標；

(12)根據得到的空三平差結果及DEM或DSM對步驟(6)拼接的多相機合成影像進行正射糾正制作正射影像圖，將DEM或DSM上的點先投影到多相機合成影像上，確定落入哪一個單相機原始影像對應區，再將DEM或DSM點按步驟(8)建立的共線方程式投影到該單相機原始影像上，得到該單相機原始影像上復原的影像坐標，再根據步驟(4)建立的單相機原始影像與多相機合成影像間嚴密的數學相互轉換關系確定在合成影像上的位置，對多相機合成影像進行灰度采集賦予正射影像上對應像素。