[发明专利]一种单像空间后方交会数值计算方法

说明书

本发明提供了一种单像空间后方交会数值计算方法，从像片中选取三个不在同一条直线上的控制点，根据三条摄影光线在像方空间和物方空间相应光线间顶角相等的原理，构建三元二次方程组；将六个外方位元素的待定值分成两个步骤来求解，从而可以确定拍摄影像的摄影中心在拍摄瞬间的位置和姿态信息。该方法无需提供任何初始值，即可准确估计出像片的外方位元素，且针对竖直摄影和大倾角摄影等情况均适用，具有计算过程相对简便、计算速度快、计算结果准确、稳定可靠等优点。

技术领域

本发明涉及摄影测量技术领域，具体涉及一种单像空间后方交会数值计算方法。

背景技术

空间后方交会，是指利用航摄像片上三个以上不在一条直线上的控制点按共线方程计算该像片外方位元素的方法，是单幅影像解析过程中的一个步骤，是摄影测量领域的基础理论之一，其目标是通过拍摄空间中的全局控制点确定相机的外方位元素。空间后方交会的原理为影像的共线条件方程，利用内参数已知的相机拍摄空间中若干个坐标已知的全局控制点，然后结合像点坐标和控制点坐标建立共线条件约束方程，即可求解相机在当前位姿状态下的外部参数，实现对相机的定位。空间后方交会对布点空间要求不高，接收成本较低，可以快速确定受限空间内的姿态信息，具有结构简单、方便灵活等优点，在摄影测量领域得到了广泛的应用。

单幅影像的空间后方交会，如果我们知道每幅影像的6个外方位元素，就能确定被摄物体与航摄影像的关系。因此，如何获取影像的外方位元素，一直是摄影测量工作者所探讨的问题。可采取的方法有：利用雷达、全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(INS)以及星相摄影机来获取影像的外方位元素；也可利用影像覆盖范围内一定数量的控制点的空间坐标与影像坐标，根据共线条件方程反求该影像的外方位元素，这种方法称为单幅影像的空间后方交会。

目前，解决单像空间后方交会问题主要有共线条件方程解法、角锥体法和直接线性变换法。角锥体法是通过确定摄影光束的外方位元素，将六个外方位元素的待定值分成两个步骤来解求，从而确定拍摄影像的摄影中心在拍摄瞬间的位置和姿态信息。但传统的单像空间后方交会计算依赖于初始值，并且像片的外方位元素计算过程相对复杂，存在计算速度慢、计算结果不够准确、稳定性差等问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于：提供一种单像空间后方交会数值计算方法，基于摄影光束角锥体在像方空间和物方空间相应光线间顶角相等的原理，将六个外方位元素的待定值分成两个步骤来求解，从而可以确定拍摄影像的摄影中心在拍摄瞬间的位置和姿态信息。该方法无需提供任何初始值，即可准确估计出像片的外方位元素，且针对竖直摄影和大倾角摄影等情况均适用，具有计算过程相对简便、计算速度快、计算结果准确、稳定可靠等优点。

一种单像空间后方交会数值计算方法，包括以下步骤：

从像片中选取三个不在同一条直线上的控制点，分别为A点、B点和C点；三个控制点和摄站点S构成角锥体和三条摄影光线，三个控制点在三条摄影光线上的像点分别为a、b和c；根据三条摄影光线在像方空间和物方空间相应光线间顶角相等的原理，构建三元二次方程组；

针对三元二次方程组，采用奇异值分解得到三个奇异值，若空间后方交会存在解，则三个奇异值中有一个为零，其余两个符号相反，得到自由变量t构成的两组解；根据自由变量t构成的两组解计算角锥体的实际棱长，基于角锥体的实际棱长和边长公式将物方坐标原点移至控制点A(X_A,Y_A,Z_A)处，构建线性方程组和约束方程；根据线性方程组计算得到线性相关的无穷多组解，并由约束方程约束得到唯一解；物方坐标原点偏移到控制点A(X_A,Y_A,Z_A)后计算得到外方位线元素，线元素解和角元素解一一对应；