[发明专利]超宽幅线阵影像附加约束条件的正射纠正方法

说明书

本发明针对超宽幅线阵影像行间外方位元素具有强相关性和线阵传感器边缘畸变大的缺陷，提出了附加约束条件(角度一致约束、共面约束)的超宽幅线阵影像严密正射纠正方法，包括：(1)地面控制点采集；(2)构建附加约束条件的严密模型；(3)超宽幅线阵影像严密正射纠正处理。本发明通过约束条件将外方位元素进行解耦，提升了超宽幅线阵影像外方位元素的求解精度，改善了超宽幅线阵影像的正射纠正结果，为超宽幅线阵影像的正射纠正提供了新的解决方案，扩展了超宽幅线阵影像的应用范围。并且该模型受控制点数量和初始值精度的影响较小，可以在选择相对较少控制点的同时达到更高的解算精度，减少了外业工作量，节省了人力物力。

技术领域

本发明涉及摄影测量与遥感领域，特别涉及到摄影测量中超宽幅线阵影像的正射纠正。

背景技术

正射影像作为地图分析的背景底图具有信息丰富、直观逼真等优点，广泛应用在军事民用领域，例如地形匹配制导、景象匹配末制导、数字城市建设、城市规划设计、地理国情监测等。线阵CCD(Charge Coupled Device，CCD)传感器因其具有分辨率高、结构简单、价格低廉、成像范围广等优点被广泛搭载在无人机、人造卫星等空基、天基平台上用来获取目标的影像信息。

线阵传感器的特殊结构使得其成像几何更为复杂，不再符合传统意义上的中心投影，平行于CCD线阵列的方向上符合行中心投影，而在垂直于CCD线阵列的方向上近似符合平行投影，这导致了CCD线阵传感器获取的各一维影像具有不同的外方位元素(图1)。影像外方位元素的相异性和强相关性以及透镜的边缘畸变(图1)是制约超宽幅线阵正射影像生产精度的主要因素。如何提外方位元素的求解精度成为了超宽幅线阵影像正射纠正的难点，为此国内外很多学者提出了许多不同的解决方案，例如通过线角元素分求、岭估计、主成分估计等方法来解决线元素与角元素的强相关性，这些方法虽然在一定程度上提高了外方位元素的求解精度，但却使纠正模型失去了原有的物理几何含义。

线阵影像的正射纠正是指在地理空间中根据传感器的成像原理，利用辅助信息，改正由于地形起伏引起的像点偏移，使得符合中心投影的原始影像重投影为符合平行投影的正射影像(图2)。当前线阵影像的正射纠正方法主要分为两类：①基于有理函数的通用模型。避开了成像传感器的物理参数，利有理函数，通过大量的地面控制点来拟合正射纠正后的影像与原始影像之间的函数关系。这类方法不受传感器类型的限制具有普适性，但不具有几何物理意义，无法应用于大范围、地形起伏较大的区域。②基于传感器物理参数的严密模型。利用影像的外方位元素信息，通过共线方程恢复成像时刻传感器的空间位置和姿态信息。这类方法具有严密的几何解释，可以改正由传感器自身引起的系统误差，纠正精度不受地形影响，具有全场景精度一致的特性，但需要知道传感器的物理参数和辅助的地形数据。本发明主要讨论基于传感器物理参数的严密模型。

发明内容

本发明针对超宽幅线阵影像外方位元素间具有强相关性和边缘变形大的缺陷，提出了附加约束条件(角度一致约束、共面约束)的超宽幅线阵影像严密正射纠正方法，约束条件的具体说明如下：

角度一致约束条件：如图3所示，SA和SB是两束位于相同扫描行上的成像光线，摄影中心S和地面点A，B的空间坐标分别是(X_S,Y_S,Z_S)，(X_A,Y_A,Z_A)，(X_B,Y_B,Z_B)，地面点A,B对应的像点分别是a,b，其影像坐标分别为(x_a,0),(x_b,0)。由于CCD探元的位置是固定的，摄影中心与CCD各探元中心的连线构成的向量Sa和向量Sb之间的夹角∠aSb与摄影中心和对应的地面点之间构成的向量SA和向量SB之间的夹角∠ASB保持不变，即∠aSb＝∠ASB，并且与传感器的姿态角无关。