[发明专利]基于投影基准面的卫星立体影像像对近似核线生成方法

说明书

技术领域

本发明属于测绘科学与技术领域，涉及一种基于投影基准面的卫星立体影像像对近似核线生成方法。该方法结合线阵推扫式卫星影像核曲线的几何特性，直接基于影像定向参数建立起左右原始影像与左右核线影像之间的严格坐标变换，具有简单实用、通用性强的特点。

背景技术

线阵CCD推扫式成像传感器已成为当前和未来高分辨率遥感卫星的重要载荷，其特殊的成像方式和物理结构的多样性、复杂性使应用于传统航空摄影测量的核线理论、处理方法和技术不再完全适用，很多新的技术难点亟待解决。卫星影像遵循行中心投影的“动态”成像方式，像点与物点之间的严格几何关系很难完全建立，因此不可能像框幅式单中心投影影像那样存在直观的、严格的核线定义。对卫星影像核线模型及其近似核线生成方法的研究一直是航天摄影测量与遥感领域的热点课题之一，具有重要的理论意义和应用价值。

早在上世纪80年代末，张祖勋、周月琴就针对SPOT异轨立体影像提出了基于同名像点坐标多项式拟合的近似核线生成方法。苏俊英从SPOT影像的几何特性出发，分析了多项式拟合法的缺陷和误差来源，提出了一种考虑地形起伏的具有匹配约束条件的多项式拟合近似核线生成方法。AI-Rousan等给出了基于投影轨迹法的卫星影像近似核线定义，巩丹超等对基于投影轨迹法的扩展核线模型进行了深入全面的研究，分别利用共线方程的严格模型和简化模型推导了核线关系的数学表达式，在此基础上对“核曲线”的形状特点进行了可视化分析，为核线在线阵CCD推扫式影像中的应用奠定了一定的理论基础。MichelMorgan等提出了基于平行投影模型的近似核线生成方法，根据高分辨率卫星影像成像视场角小的特点，对卫星影像采用平行投影严格传感器模型，然后基于至少4对同名像点得到直线形式的核线模型。Jaehong等将中心投影影像转换为平行投影影像，然后利用一些同名像点解算核线影像的平行投影参数，最后采用类似于微分纠正的方法生成近似核线影像。总的来说，上述方法还存在一些不足，例如，目前投影轨迹法主要被用于建立行中心投影传感器模型的近似核线关系，所得到的核线模型都是非线性的，且要用到大量的外方位元素，这必然会增大核线重采样的复杂程度；基于平行投影转换的卫星影像近似核线生成方法，只适用于传感器视场角非常小的情况，而且对地形起伏以及同名点匹配精度有一定的要求，缺乏通用性。如何基于高精度传感器几何成像模型直接生成近似核线影像仍然是卫星立体影像几何处理所面临的主要问题。

基于线阵CCD推扫式影像“核曲线”的几何特性，提出了一种基于投影基准面的卫星立体影像像对近似核线生成方法。在影像定向参数精度较高的情况下，该方法能够生成近乎严格的核线影像，核线重采样之后，同名点的上下视差被控制在子像素范围内。由于该方法直接基于影像定向参数建立起原始影像像点与核线影像像点之间的严格对应关系，因此具有简单实用的特点，普遍适用于各种类型的卫星立体影像；此外，基于投影基准面进行近似核线重排，能够生成相对于物方水平、分辨率一致的核线立体模型，因而更有助于人眼立体观测。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种基于物方投影基准面的卫星立体影像像对近似核线生成方法。该方法基于卫星影像核线的几何特性，将所有共轭核曲线在投影基准面上的投影点轨迹用相互平行的直线集合近似表示。这样以投影基准面为媒介，由原始立体影像定向参数直接建立起原始影像像点与核线影像像点之间的严格对应关系，从而为卫星影像核线重排提供了一种类似于影像数字纠正的实用方法。该方法简单、易于实现，具有较强的通用性。

本发明提供的技术方案是：一种基于投影基准面的卫星立体影像像对近似核线生成方法，包括以下步骤：

一、以卫星立体影像像对在参考椭球上地面覆盖区域内的任一点为原点，建立局部直角坐标系，投影基准面PRP(Projection Reference Plane)是定义在局部直角坐标系下的平均高程面，高程为H；

二、对于组成卫星立体影像像对的左右原始影像，令f₁^L为左影像传感器成像几何模型坐标正解函数，f₁^R为右影像传感器成像几何模型坐标正解函数，f₂^L为左影像传感器成像几何模型坐标反解函数，f₂^R为右影像传感器成像几何模型坐标反解函数。基于下列运算，确定卫星立体影像像对核曲线在投影基准面上投影点轨迹的近似直线方向：