[發明專利]一種GPU并行加速的衛星影像區域網平差方法和裝置

在審

• 申請號: 202010450645.0
• 申請日: 2020-05-25
• 公開（公告）號: CN111722922A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 劉世杰;付青;童小華;金雁敏;王瀚漁;謝歡;馮永玖;陳鵬;魏超
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F16/51;G06T7/70
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 王懷瑜

本發明涉及一種GPU并行加速的衛星影像區域網平差方法和裝置，方法包括以下步驟：1)根據衛星影像及其對應的RPC文件，構建衛星影像的有理函數模型；2)獲取虛擬地面控制點，采用GPU并行加速的區域網平差求解方法，進行衛星影像區域網平差；GPU并行加速的區域網平差求解方法具體為，構建改化法方程，根據分塊迭代求逆算法，通過GPU并行計算，求解改化法方程，并將求解后的改化法方程代入有理函數模型中進行平差計算。與現有技術相比，本發明可以有效減少內存需求，提高大規模平差計算效率，區域網平差后的精度達到亞像素級，滿足高精度制圖接邊要求。

技術領域

本發明涉及衛星影像區域網平差領域，尤其是涉及一種GPU并行加速的衛星 影像區域網平差方法和裝置。

背景技術

在全球測圖的背景下，經常會遇到稀少或無控制點信息的區域，如我國青藏高原、云貴高山峽谷、西北沙漠等外業測控困難區域以及境外大量無可用控制點信息 區域，故高分辨率光學衛星影像無控區域網平差引起了攝影測量學者的廣泛關注。 傳統的光學衛星影像區域網平差需要一定數量均勻分布的地面控制點，但是實際應 用中由于受到時間、成本以及政策等因素影響，高精度的地面控制點通常難以獲取， 需要采用稀少甚至無地面控制點的區域網平差技術，減少對地面控制點的依賴是降 低成本、提高效率的有效方法，無控、超大規模是未來光學衛星影像區域網平差技 術的發展趨勢。

國外如SPOT-5、IKONOS，QuickBird等常見的高分辨率光學衛星影像，直接 定位的精度并不高。原始的RPC參數包含較大的系統誤差，需要建立相應的誤差 補償模型進行改正。文獻“Block Adjustment of High-Resolution Satellite Images Described byRational Polynomials”(Grodecki J，Dial G.Photogrammetric Engineering RemoteSensing，2003，69(1))系統分析了RPC模型的系統誤差，使用仿射變 換模型有效的改正RPC模型的系統誤差影響。文獻“Multistrip Bundle Block Adjustment of ZY-3SatelliteImagery by Rigorous Sensor Model Without Ground Control Point”(Zhang Y，ZhengM，Xiong X，et al.IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters，2015，12(4)：865-869)利用區域網平差方法將大區域資源三號影 像的平面精度和高程精度提高到13-15m，文獻“SPOT 5HRS geometric performances:Using block adjustment as a key issueto improve quality of DEM generation”(Bouillon A，Bernard M，Gigord P，etal.ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing,2006，60(3)：134-146)利用區域網平差將SPOT-5產品的精度 由平面精度13.7m提高到5m，高程精度由9m提高到5m以內。文獻“以 SRTM-DEM為控制的光學衛星遙感立體影像正射糾正”(張浩，張過，蔣永華，等.測繪學報，2016，45(3)：326-331)和文獻“DEM-Assisted RFM Block Adjustment ofPushbroom Nadir Viewing HRS Imagery”(Zhang Y，Wan Y，Huang X，et al.IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing，2016，54(2)：1025-1034)在影像 弱交會條件下，將DEM數據引入到平差模型中進行聯合平差，解決了改化方程無 法收斂、結果不可靠的問題。文獻“缺少控制點的SPOT-5HRS影像RPC模型區 域網平差”(李德仁，張過，江萬壽，等.武漢大學學報·信息科學版，2006，31(5)： 377-381)在稀少地面控制點情況時，利用不同條帶影像之間的約束關系進行區域 網平差實驗，有效的改正RPC模型的系統誤差的影響。文獻“多重觀測衛星影像 的無控區域網平差”(姚星輝，尤紅建，王峰，等.遙感技術與應用，2018，v.33； No.161(03)：181-188)采用多次覆蓋的衛星影像進行無控區域網平差方法，提高了 衛星影像無控定位精度。文獻“高分辨率光學衛星影像高精度定位技術與實踐”(李 海鴻，曹輝，施俊.地理空間信息，2018，v.16；No.105(05)：8+11-18)利用更高 定位精度的高分辨率衛星影像(如Geoeye、WorldView等)或航空影像作為控制 條件，也取得了較好的幾何定位效果。除此之外，已有的地理信息數據，如數字正 射影像(DOM)和數字高程模型(DEM)，也可以作為控制數據，用于衛星影像 區域網聯合平差。文獻“SRTM約束的無地面控制立體影像區域網平差”(周平， 唐新明，曹寧，等.測繪學報，2016(11)：1318-1327)利用SRTM數據內插出連接 點對應的物方點高程作為平差初值，有效的提升了大規模的區域網平差的影像高程 定位精度。文獻“高分辨率光學衛星遙感影像高精度無地面控制精確處理的理論與 方法”(龔健雅，王密，楊博.測繪學報，2017(10)：57-63)以及文獻“僅用虛擬控制點的超大區域無控制區域網平差”(楊博，王密，皮英冬.測繪學報，2017(07)： 74-81)利用覆蓋我國范圍的8802景ZY-3三線陣立體影像進行無控區域網平差， 達到無控測圖精度優于5m。