[發明專利]針對國產面陣擺掃成像系統獲取的影像生產正射影像的方法

有效

• 申請號: 202110971773.4
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113739767B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 段延松;趙新博;張祖勛;柯濤
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04
• 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: 王琪

1.一種針對國產面陣擺掃成像系統獲取的影像生產正射影像的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，建立局部坐標系作為統一的基準坐標系，將導航數據信息轉換到基準坐標系中；

步驟2，在概略DEM輔助下進行影像同名點自動提取；

步驟2.1，在概略DEM輔助下，根據擺掃成像周期性和先后順序獲取影像間的相鄰關系；

步驟2.2，根據步驟2.1獲取的影像相鄰關系，采用基于兩類膨脹進行立體影像密集匹配的方法開展同名點匹配；

步驟3，基于DEM輔助進行區域網平差，將步驟1轉換處理后的導航數據信息作為平差初始值，解算每張影像的外方位元素參數；

步驟3.1，利用所有影像的POS信息計算區域網范圍，根據區域網范圍從全球SRTM數據中獲取對應的DEM數據；

步驟3.2，利用外方位角元素計算每張影像的旋轉矩陣，使用步驟1得到的角元素作為計算的初始值；

步驟3.3，以單束同名光線為觀測單元，分別計算各連接像點光線與DEM的交點，得到對應的物方坐標；

步驟3.4，計算同名像點對應的物方點間的差異大小，如果大于角元素精度推導的理論物方定位精度α，則將同名像點標記為粗差點，不參與平差；否則，取同名像點對應的物方坐標的平均值作為真值，參與平差；

步驟3.5，逐點構建誤差方程，解算外方位元素；

步驟3.6，重復步驟3.2至步驟3.5直到影像的每個角元素的變化不超過10^-6弧度且所有像點改正數的平方和小于設定的閾值λ；

步驟4，整體最優正射影像生產；

步驟4.1，計算每張原始影像四個角點對應的地面坐標；

步驟4.2，選擇正射影像對應的最佳原始影像進行反投影；

步驟4.3，反投影法生產正射影像。

2.如權利要求1所述的一種針對國產面陣擺掃成像系統獲取的影像生產正射影像的方法，其特征在于：所述步驟1中局部坐標系采用定點切平面坐標系統，即TPC坐標系，坐標定義如下：在WGS84坐標框架下，選擇飛行區域中幾何中心點經度L₀，緯度B₀作為平面原點，以地球橢球高為0作橢球切平面，定義過原點緯度線的東方向為X坐標軸，過原點經度線北方向為Y坐標軸，過原點背向地心的垂線為Z坐標軸；TPC坐標系與像空間坐標系之間存在轉換關系如下：

即從像空間坐標系→載荷本體坐標系→IMU本體坐標系→導航坐標系→地心地固坐標系→TPC坐標系；

各坐標系間旋轉矩陣計算公式如下：

式中，為TPC坐標系下的影像姿態旋轉矩陣，是影像的三個外方位角元素，為待求解參數；是地心地固坐標系與TPC坐標系之間的轉換矩陣，由TPC坐標原點的經度L₀，緯度B₀定義；是導航坐標系與地心地固坐標系之間的轉換矩陣，由載荷所在位置的經度L_z、緯度B_z定義；是導航坐標系和IMU本體坐標系之間的旋轉矩陣，(Φ,Θ,Ψ)是IMU記錄的俯仰、橫滾、偏航數值；是載荷本體坐標系與IMU本體坐標系之間的轉換矩陣，又稱設備安置矩陣，由IMU安置在載荷上的e_x、e_y、e_z三個角定義；是像空間坐標系與載荷本體坐標系之間的轉換矩陣；

求得旋轉矩陣后，反解可得到影像在TPC坐標系中的姿態角，即：

ω＝arcsin(-b₃) (9)

GPS點位置信息可以使用地球坐標定義模型無損地轉換到任意需要的坐標系中，從原始的GPS坐標(L,B,H)轉換到局部切平面坐標系中的TPC坐標經過如下變換：

首先將原始的GPS數據轉換到地心坐標系中：

X_c＝(N+H)cosBcosL (11)

Y_c＝(N+H)cosBsinL (12)

式中，N為卯酉圈的半徑，a為地球橢球的長半軸，b為地球橢球的短半軸，(X_c,Y_c,Z_c)為地心坐標系的坐標；

然后將局部切平面坐標系原點坐標(L₀,B₀,0)帶入式(11)～(13)，求得局部切平面坐標系原點在地心坐標系中的坐標，記為從地心系坐標到TPC坐標系的計算公式為：

式中，是地心地固坐標系與TPC坐標系之間的轉換矩陣，由式(2)計算可得；(X_TPC,Y_TPC,Z_TPC)為TPC坐標系的坐標；

即為轉換到基準坐標系下的導航信息。