[发明专利]获取航拍像片的外方位元素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及摄影测量领域，具体而言，涉及获取航拍像片的外方位元素的方法。

背景技术

外方位元素是确定摄影光束在物方的几何关系的基本数据，用于表征摄影光束在摄影瞬间的空间位置。外方位元素具体包括：三个角元素，用于表达像片面的空间姿态；以及三个直线元素，用于描述摄影中心的空间坐标值。

航拍像片的外方位元素可以用于提高航拍像片的匹配效率。因为航拍像片在匹配时，需要将两张航拍像片（一般称为左片和右片）进行比较，如果没有影像的外方位元素，针对左片上的一个特征点，需要遍历右片的整张影像来寻找左片的同名点进行匹配。而如果航拍像片内包含了外方位元素，则根据航拍像片的外方位元素，可以恢复摄影瞬间两张航拍像片的相对位置关系；针对左片上的一个特征点，根据外方位元素就可以确定右片上同名点的大体范围，只需要在这个范围内搜索，就可以快速搜索到同名点，所以外方位元素的精度，对于航拍像片的匹配效率有很大影响，外方位元素的精度越高，匹配时，需要搜索的范围就越小，航拍像片匹配的效率就越高。

现有外方位元素的获取是通过定位定姿系统（Position and Orientation System，POS）实现。

POS包括全球定位系统（Global Positioning System，GPS）和惯性测量单元（Inertial measurement unit，IMU），由于POS系统能实时获取GPS天线中心的位置和IMU的姿态信息，从而可以根据GPS天线中心的位置和IMU的姿态信息计算得到影像的外方位元素。

目前POS系统获取航拍像片的外方位元素的具体方法为：

获取第一夹角数据组成的旋转矩阵，第一夹角数据为航拍像片在航拍瞬间的像空间坐标系与国际通用地心坐标系的夹角数据，第一夹角数据组成的旋转矩阵通过传感器本体坐标系与像空间坐标系的夹角数据组成的旋转矩阵、惯性测量单元IMU本体坐标系与传感器本体坐标系的夹角数据组成的旋转矩阵、导航坐标系与IMU本体坐标系的夹角数据组成的旋转矩阵、国际通用地心坐标系与导航坐标系的夹角数据组成的旋转矩阵获取；对第一夹角数据组成的旋转矩阵进行投影，得到像空间坐标系与国际通用地面测量坐标系的夹角数据组成的旋转矩阵，通过像空间坐标系与国际通用地面测量坐标系的夹角数据组成的旋转矩阵获取像空间坐标系与国际通用地面测量坐标系的夹角数据并将其作为外方位元素的三个角元素；获取GPS天线相位中心与摄影中心在像空间坐标系的空间偏移；通过像空间坐标系与国际通用地面测量坐标系的夹角数据组成的旋转矩阵，将GPS天线相位中心与摄影中心在像空间坐标系的空间偏移转换为GPS天线相位中心与摄影中心在国际通用地面测量坐标系的空间偏移；获取GPS天线相位中心在国际通用地面测量坐标系中的坐标；通过GPS天线相位中心与摄影中心在国际通用地面测量坐标系的空间偏移，将GPS天线相位中心在国际通用地面测量坐标系中的坐标，转换为摄影中心在国际通用地面测量坐标系中的坐标，将摄影中心在预定国家地面测量坐标系中的坐标作为外方位元素的三个线元素。

在执行上述方法的时候，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：采用上述方法获取的航拍像片的外方位元素，应用GPS天线相位中心的位置和IMU的姿态信息，在国际通用地面测量坐标系内进行计算得到的外方位元素，计算出的坐标为航拍像片所对应的地面点在国际通用坐标系中的坐标，而不同国家的摄影测量所需要的成果一般是建立在各自国家的地面测量坐标系下的，由于数据处理的坐标系与摄影测量成果所需的坐标系不同，将航拍像片所对应的地面点在国际通用坐标系中的坐标作为航拍像片在特定国家地面测量坐标系中的坐标，误差较大，即得到的航拍像片的外方位元素精度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供高航拍像片的外方位元素精度的方法，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了获取航拍像片的外方位元素的方法，包括：

对预先获取的第一夹角数据组成的旋转矩阵进行椭球修正及投影得到第二夹角数据组成的旋转矩阵；

通过第二夹角数据组成的旋转矩阵得到第二夹角数据，第二夹角数据为像空间坐标系对预定国家地面测量坐标系的夹角数据，将第二夹角数据作为外方位元素的三个角元素；

获取第一空间偏移，第一空间偏移为GPS天线相位中心与摄影中心在像空间坐标系的空间偏移；

通过第二夹角数据组成的旋转矩阵，将第一空间偏移转换为第二空间偏移，第二空间偏移为GPS天线相位中心与摄影中心在预定国家地面测量坐标系的空间偏移；