[发明专利]一种航空面阵摆扫式相机定位和标定方法

权利要求书

1.一种航空面阵摆扫式相机定位和标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)获取航空面阵摆扫式相机影像，建立按照航线排列关系组织的影像检索关系；

2)按照影像检索关系对获得的每景影像进行特征提取和特征匹配，以找到每景影像和所有存在重叠关系影像之间的成功匹配点；

3)针对每景影像，建立考虑相机畸变和标定参数的成像模型，相应的物点和像点之间几何关系为：

x＝PX＝K[R|t]X

式中，P＝K[R|t]为摄像机矩阵，R为旋转矩阵，t为平移向量，K为相机内参数矩阵；X为物点位置；x为像点位置；

4)设定相机内参数矩阵K为单位矩阵，利用步骤2)中得到的成功匹配点，计算存在重叠关系的两张影像间的旋转和平移关系，即影像i和影像j之间的旋转矩阵R_ij和平移向量t_ij；

5)以每条航线第一个摆扫周期第一景影像为参考，定义航线空间坐标系，并根据步骤4)得到的影像i和影像j之间的旋转矩阵R_ij和平移向量t_ij，将全部影像的旋转矩阵转换到航线空间坐标系下，从而得到全部影像在航线空间坐标系下的旋转矩阵初值；

6)获取多组四景影像，一组四景影像分别为在某一扫摆角度下航空面阵摆扫式相机中的两个相机拍摄的影像和另一扫摆角度下两个相机拍摄的影像，根据全部影像在航线空间坐标系下的旋转矩阵初值确定四景影像的摄像机矩阵，进而建立相应的四焦点张量模型，并确定每个四焦点张量模型中成功匹配点所对应的物点坐标；

7)构建以四焦点张量模型为单元的平差代价函数，利用控制点、四焦点张量模型中成功匹配点以及所对应的三维坐标进行平差处理，更新每景影像的旋转矩阵R和平移向量t，实现航空面阵摆扫式相机定位，并更新相机内参数矩阵K，实现航空面阵摆扫式相机标定。

2.根据权利要求1所述的航空面阵摆扫式相机定位和标定方法，其特征在于，步骤2)中，采用Sift特征提取算法来进行特征提取，并利用RANSAC算法剔除特征匹配结果中存在的粗差。

3.根据权利要求1所述的航空面阵摆扫式相机定位和标定方法，其特征在于，步骤3)中，相机内参数矩阵K为增加了扭曲参数s的相机内参数矩阵：

式中，α_x和α_y分别为相机在x和y轴方向的几何畸变参数；x₀和y₀分别为相机焦平面上的主点位移参数。

4.根据权利要求1所述的航空面阵摆扫式相机定位和标定方法，其特征在于，步骤4)中，采用如下方法确定影像i和影像j之间的旋转矩阵R_ij和平移向量t_ij：

4.1)利用至少5对的成功匹配点对，并结合核面约束条件，求解得到本质矩阵E；其中，所述核面约束条件为：

其中，所述p₁和p₂分别为影像i和影像j上的一对成功匹配点对的坐标；

4.2)对本质矩阵E进行奇异值分解，得到影像i和影像j之间的旋转矩阵R_ij和平移向量t_ij。

5.根据权利要求1所述的航空面阵摆扫式相机定位和标定方法，其特征在于，步骤4)中，影像i和影像j在航线空间坐标系下的旋转矩阵R_i和R_j之间的关系为：

R_j＝R_ijR_i。