[發明專利]一種數字高程模型輔助的衛星影像區域網平差方法

有效

• 申請號: 201410071457.1
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103823981A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 張永軍;萬一;黃心蕙;凌霄
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G01C11/34
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

技術領域

本發明屬于測繪科學與技術領域，涉及一種數字高程模型輔助的衛星影像區域網平差方法，主要應用于高分辨率衛星遙感影像的自動空中三角測量、高精度正射影像生產等領域。

背景技術

區域網平差是攝影測量中影像定向參數全局優化的方法。目前最常用的方法是光束法區域網平差。例如：在使用框幅相機的攝影測量生產中，使用嚴格共線方程模型進行光束法區域網平差，在這一過程中，像點都會通過共線方程模擬攝影中的光束，在平差迭代過程中，當同名點的像點對應的光線以“最小二乘”的標準下達到最優交會時，光束法平差結束。這種流程也可用于衛星遙感影像的全局優化中，衛星影像的RFM模型（有理函數模型）可以使用“像方仿射糾正模型”進行優化，像點通過組成RFM模型的方程來模擬推掃式攝影中的光束，通過區域網平差獲得最佳的“像方仿射糾正參數”，從而使連接點的每個光束達到最優交會。但是，衛星遙感影像的幾何成像方式同框幅相機航空攝影測量相比，有兩點主要差別，一是成像方式，二是影像間基高比較小。由于衛星遙感影像以推掃的方式成像，在進行下視影像的區域網平差時，相鄰的航帶影像的掃描線之間是近似共面的，如果某一航帶的影像中沒有控制點，即使使用連接點與其他航帶進行連接，它仍然在掃描面上有三個較強的自由度（兩個平移自由度和一個旋轉自由度），從而導致無法解出穩定的像方仿射糾正參數。在進行非完全下視影像的平差時，雖然能解出穩定結果，但由于衛星影像極小的基高比，其高程誤差累積很快。因此，在使用光束法區域網平差手段對衛星影像進行處理時，需要稠密分布的控制點（每景影像9-15個點）。然而，有時大批量的獲取高精度的控制點的成本是高昂的，而大量使用精度不高的控制點反而會導致正射影像產品接邊精度的下降。

發明內容

本發明的目的是提供一種數字高程模型輔助的衛星影像區域網平差方法。克服在缺乏控制點時，使用光束法區域網平差對衛星影像進行處理時，無法得到可靠結果或結果精度不均勻的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提出一種結合DEM（數字高程模型）高程控制的衛星影像區域網平差方法。將連接點在DEM中內插得到的高程值作為控制數據，列出虛擬觀測方程，納入區域網平差中。這種方法可以在控制點稀疏分布（平均每10景影像1個物方控制點）的情況下，使整個區域網達到較為均勻的物方精度和較高的相對精度。因此，該方法在衛星遙感影像的自動空中三角測量，高精度正射影像生成等領域有良好的應用前景。

一種數字高程模型輔助的衛星影像區域網平差方法，包括以下步驟，

步驟1、數據準備；

準備好區域網中影像的連接點匹配結果、控制點物方坐標、控制點像方坐標、對應區域的DEM數據以及將DEM由其本身坐標系轉為WGS-84下的經緯度坐標系的參數；

步驟2、獲取虛擬高程觀測值；

將同名連接點進行關聯，結合DEM數據利用“多像迭代反投影方法”，得到連接點的物方平面坐標，并以物方平面坐標對應的DEM高程數據作為該連接點的虛擬高程觀測值h；

步驟3、高程觀測值定權；

高程觀測值的權值的計算公式為：式中σ₀為單位權中誤差；σ_h為步驟2中獲取的高程觀測值的中誤差，σ_h取決于DEM本身的精度和區域網中衛星影像的直接定位精度；

步驟4、組建法方程并求解；

通過步驟2和步驟3，連接點都被轉化為高程控制點，根據有理函數成像模型和像方仿射糾正模型列出光束法區域網平差的誤差方程組并組建法方程組，利用最小二乘法求法方程組，得到成像模型糾正參數改正值的最小二乘解、每個誤差方程的殘差，然后更新所有模型糾正參數，計算出當前的殘差的單位權中誤差估計值；

步驟5、迭代進行步驟2至步驟4，直到平差結果的殘差中誤差的改變量小于給定的閾值，平差結束，得到每張影像的仿射糾正參數和所有連接點的物方坐標。

所述步驟2中的“多像迭代反投影方法”利用不同分辨率的影像上的同名像點具有不同的精度，以得到最優的DEM內插高程值，其具體步驟為：

步驟2.1、求解DEM的平均高程值，作為物方點高程的初始值；

步驟2.2、將物方點高程設為定值，將有理函數成像模型和像方仿射糾正模型針對連接點的物方平面坐標線性化，列出該物方點對應的所有像點的誤差方程組，通過最小二乘法迭代求解出物方點當前的平面坐標；