[發明專利]已知攝站位置的近景攝影測量目標定位方法及系統

有效

• 申請號: 202110539490.2
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113324528B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 付建紅;孟慶祥
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C11/28
• 分類號: G01C11/28;G01C11/08
• 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: 嚴彥

1.一種已知攝影位置的近景攝影測量目標定位方法，其特征在于，在沒有影像控制點的條件下執行包括以下步驟：

步驟1、攝站位置三維坐標獲取，包括測量獲得影像拍攝時攝站的三維坐標；

步驟2、目標點圖像坐標量測，包括對拍攝的目標點圖像，量測在影像上的二維坐標；

步驟3、基于單位四元數的旋轉矩陣構建，包括引入單位四元數q₀，q_x，q_y，q_z構建影像空間到物方空間的旋轉矩陣；

步驟4、相對定向獲取物方三維坐標初始值，包括在已知攝站位置的情況下，利用影像的相對位置關系，使同名光線相交于一點得到物方三維坐標初始值；

步驟5、四元數誤差方程式建立，包括對單位四元數構建的旋轉矩陣求微分，建立關于單位四元數的誤差方程式；

步驟5中建立四元數誤差方程式實現如下，

采用共線條件方程描述的非線性相機成像模型，表達式為：

其中，x₀，y₀，f為相機的內方位元素；(X_S，Y_S，Z_S)為攝站坐標；(X，Y，Z)為物方空間坐標；(x，y)為像點坐標；Rij為單位四元數構成的旋轉矩陣R中第i行第j列元素，i,j＝1,2,3；Δx，Δy為畸變改正量，畸變改正量表示為：

式中，k₁，k₂，k₃為徑向畸變參數；p₁，p₂為離心畸變參數；b₁，b₂為剪切畸變和吸引畸變參數；r為像點坐標(x，y)到像主點(x₀，y₀)的徑向距離；

根據式(一)對式(二)進行線性化，得誤差方程式為：

其中，v_x,v_y為像點坐標改正值，dq₀,dq_x,dq_y,dq_z為單位四元數改正值，a₁₁,a₁₂,a₁₃,a₁₄,a₂₁,a₂₂,a₂₃,a₂₄為單位四元數改正值系數；

dX,dY,dZ為物方坐標改正值，b₁₁,b₁₂,b₁₃,b₂₁,b₂₂,b₂₃為物方坐標改正值系數，l_x,l_y為誤差方程式常數項；

步驟6、建立單位四元數約束條件方程，包括由單位四元數滿足平方和為1的限定條件，求微分以后得到約束條件方程；

步驟7、附帶有限定條件的區域網平差，包括利用附帶有限定條件的間接平差方法進行迭代計算，求解目標點三維坐標；

步驟7中附帶有限定條件的區域網平差方法實現如下，

如果某一物方點位于n張影像上，則對每張影像上的像點坐標建立如式(四)所示的誤差方程式，用矩陣形式表示為：

其中，矩陣中各元素dX＝[dXdYdZ]^T；k＝1,2,…,n，本步驟中上標k用于標識第k張影像的相應參數；

按間接平差方法對式(八)進行法化得法方程為：

其中，矩陣中各元素

k＝1,2,…,n；

對式(九)采用消元法消去坐標未知數改正數，只保留像片單位四元數參數得，

基于式(六)、式(十)得到用矩陣形式表示的附有限制條件的間接平差模型：

其中，V為單位四元數誤差方程改正值矩陣，A為單位四元數改正值系數矩陣，L為單位四元數誤差方程常數矩陣，B為單位四元數約束方程系數矩陣，W為單位四元數約束方程常數矩陣；

利用每個目標點量測的像點坐標，在每個圖像點都建立誤差方程之后，基于式(十一)進行平差方法求解改正數，并對物理坐標初始值進行改正；如果改正值小于預設的閾值，停止計算，得到目標點的三維坐標；

如果改正值大于等于閾值，則由平差后的相機參數，重新按照步驟5到步驟7進行迭代，再次判斷計算出的改正值大小，直到滿足小于預設的閾值。