[发明专利]已知摄站位置的近景摄影测量目标定位方法及系统

权利要求书

1.一种已知摄影位置的近景摄影测量目标定位方法，其特征在于，在没有影像控制点的条件下执行包括以下步骤：

步骤1、摄站位置三维坐标获取，包括测量获得影像拍摄时摄站的三维坐标；

步骤2、目标点图像坐标量测，包括对拍摄的目标点图像，量测在影像上的二维坐标；

步骤3、基于单位四元数的旋转矩阵构建，包括引入单位四元数q₀，q_x，q_y，q_z构建影像空间到物方空间的旋转矩阵；

步骤4、相对定向获取物方三维坐标初始值，包括在已知摄站位置的情况下，利用影像的相对位置关系，使同名光线相交于一点得到物方三维坐标初始值；

步骤5、四元数误差方程式建立，包括对单位四元数构建的旋转矩阵求微分，建立关于单位四元数的误差方程式；

步骤5中建立四元数误差方程式实现如下，

采用共线条件方程描述的非线性相机成像模型，表达式为：

其中，x₀，y₀，f为相机的内方位元素；(X_S，Y_S，Z_S)为摄站坐标；(X，Y，Z)为物方空间坐标；(x，y)为像点坐标；Rij为单位四元数构成的旋转矩阵R中第i行第j列元素，i,j＝1,2,3；Δx，Δy为畸变改正量，畸变改正量表示为：

式中，k₁，k₂，k₃为径向畸变参数；p₁，p₂为离心畸变参数；b₁，b₂为剪切畸变和吸引畸变参数；r为像点坐标(x，y)到像主点(x₀，y₀)的径向距离；

根据式(一)对式(二)进行线性化，得误差方程式为：

其中，v_x,v_y为像点坐标改正值，dq₀,dq_x,dq_y,dq_z为单位四元数改正值，a₁₁,a₁₂,a₁₃,a₁₄,a₂₁,a₂₂,a₂₃,a₂₄为单位四元数改正值系数；

dX,dY,dZ为物方坐标改正值，b₁₁,b₁₂,b₁₃,b₂₁,b₂₂,b₂₃为物方坐标改正值系数，l_x,l_y为误差方程式常数项；

步骤6、建立单位四元数约束条件方程，包括由单位四元数满足平方和为1的限定条件，求微分以后得到约束条件方程；

步骤7、附带有限定条件的区域网平差，包括利用附带有限定条件的间接平差方法进行迭代计算，求解目标点三维坐标；

步骤7中附带有限定条件的区域网平差方法实现如下，

如果某一物方点位于n张影像上，则对每张影像上的像点坐标建立如式(四)所示的误差方程式，用矩阵形式表示为：

其中，矩阵中各元素dX＝[dXdYdZ]^T；k＝1,2,…,n，本步骤中上标k用于标识第k张影像的相应参数；

按间接平差方法对式(八)进行法化得法方程为：

其中，矩阵中各元素

k＝1,2,…,n；

对式(九)采用消元法消去坐标未知数改正数，只保留像片单位四元数参数得，

基于式(六)、式(十)得到用矩阵形式表示的附有限制条件的间接平差模型：

其中，V为单位四元数误差方程改正值矩阵，A为单位四元数改正值系数矩阵，L为单位四元数误差方程常数矩阵，B为单位四元数约束方程系数矩阵，W为单位四元数约束方程常数矩阵；

利用每个目标点量测的像点坐标，在每个图像点都建立误差方程之后，基于式(十一)进行平差方法求解改正数，并对物理坐标初始值进行改正；如果改正值小于预设的阈值，停止计算，得到目标点的三维坐标；

如果改正值大于等于阈值，则由平差后的相机参数，重新按照步骤5到步骤7进行迭代，再次判断计算出的改正值大小，直到满足小于预设的阈值。