[发明专利]一种光学测绘相机辐射性能指标的量化方法

说明书

技术领域

本发明属于航天光学测绘领域，涉及一种测绘相机辐射性能指标 的量化方法，具体涉及一种基于最小二乘匹配的测绘相机辐射性能指 标量化方法，适用于指导测绘相机指标的合理量化与优化设计。

背景技术

航天测绘为全球地理空间信息获取、更新提供基础数据，高精度 的航天测绘能够为精确打击武器装备效能提升提供重要保障。航天光 学测绘以其具有的高分辨率、高精度特点在航天测绘领域被广泛应 用，其实现手段是以测绘卫星搭载的光学测绘相机立体拍摄地面场 景，并根据获取的影像进行立体匹配与几何定位，以获取地物的三维 空间信息。

光学测绘相机的性能制约着测绘精度，因此，针对光学测绘相机 完善相应的性能表征指标，并研究指标合理量化的方法在实际应用中 具有重要意义。目前，在测绘相机几何指标研究方面已开展了大量工 作，建立了较完善的几何指标分析与量化方法。相对而言，在相机辐 射指标方面，如传递函数(MTF)、信噪比(SNR)的量化一直沿用 侦察相机辐射性能指标体系及要求，与测绘精度之间的关联缺乏理论 依据，指标的提出依据不强，很少依据测绘需求提出对辐射指标的量 化要求(无法根据测绘需求确定合理的设计指标与量化要求)。然而 这些指标决定成像质量，它们在影像上产生的物理效应，包括模糊、 噪声、灰度偏差等，均会降低立体量测的精度，特别是在高精度立体 量测中更为明显。因此，研究相机辐射指标与测绘精度之间的关联关 系，并以此为依据提出指标量化方法对高精度测绘具有重要意义。

发明内容

本发明针对目前测绘相机的辐射性能指标的提出与量化缺乏理 论依据的问题，提出一种测绘相机辐射性能指标的量化方法，通过最 小二乘匹配的理论推导得出影响高精度测绘的相机辐射性能指标，并 针对这些指标与匹配精度间的复杂非线性关系及与成像场景的耦合 问题，将匹配误差建模问题转换为非线性逼近函数的优化问题，并采 用基于遗传算法参数优化的小波网络构建指标与匹配精度间的关系 模型，利用该模型可为测绘相机辐射性能指标的量化与优化设计及性 能预估提供理论依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种测绘相机辐射性能指标的量化方法，包括如下步骤：

步骤1：基于最小二乘影像匹配，推导得出影响测绘精度的相机 辐射性能指标；

步骤2：在步骤1基础上，分析各指标对测绘匹配精度的影响规 律；

步骤3：以实现相机辐射指标与场景信息去相关解耦为目的，提 出场景信息表征参数；

步骤4：在步骤2和3基础上，构建相机辐射指标与测绘精度之 间的关联模型；

步骤5：结合步骤4所建模型，提出相机辐射指标量化方法。

本发明具有如下优点：

1、该方法建立了相机辐射性能指标与测绘精度之间的关联关系， 能够根据测绘实际应用需求，合理提出测绘相机的传递函数、信噪比 等辐射性能指标的量化要求，并进行指标的匹配优化设计。

2、从最小二乘匹配出发，从理论上推导得出相机传递函数、信 噪比和相对辐射畸变是影响测绘精度的关键指标，并分析得出了匹配 精度随上述指标的变化规律。

3、为了解决场景信息与相机辐射性能指标之间的相互耦合问题， 采用数学空间变换的三维内积空间降维思想，提出了与相机辐射指标 去相关解耦的场景信息表征参数，可为匹配误差建模提供去相关的模 型输入参数。

4、鉴于匹配精度与辐射性能指标间复杂的非线性关系以及场景 的复杂多变性，将匹配误差建模问题转换为非线性逼近函数的优化问 题，并利用基于遗传算法的小波网络模型建立它们之间的关系模型。 该模型既发挥了小波网络的非线性逼近能力、自学习、自适应与泛化 能力，又使网络具有很快的收敛性及较强的全局寻优能力，可为测绘 相机辐射性能指标的量化与优化设计及性能预估提供理论指导与技 术支撑。

附图说明

图1为影像匹配误差随MTF_N变化曲线；

图2为影像匹配误差随SNR变化曲线；

图3为影像匹配误差随RRD变化曲线；

图4为加入不同MTF_N前后变差函数曲线的比较；

图5为加入不同SNR前后变差函数曲线的比较；

图6为加入不同RRD前后变差函数曲线的比较；