[发明专利]一种航空面阵摆扫式相机定位和标定方法

说明书

本发明属于航空遥感和无人机数据处理技术领域，具体涉及一种航空面阵摆扫式相机定位和标定方法。首先通过影像匹配建立任意两景有重叠范围影像之间的空间联系，并将其空间旋转和平移关系转换到航线空间坐标系下；然后对四焦点张量模型内的相邻两组影像建立四线性约束关系，以四焦点张量模型为独立平差单元，计算四焦点张量模型内匹配成功点的物点坐标；最后建立以四焦点张量模型为独立单元的光束法平差代价函数，进行以四焦点张量模型为基础的光束法平差和标定处理。本发明可以建立稳健固定的局部影像几何关系，克服相机摆扫角越大，影像几何畸变程度越大的缺陷；以四焦点张量模型为独立单元建立平差代价函数，减少运算量，提高平差收敛速度。

技术领域

本发明属于航空遥感和无人机数据处理技术领域，具体涉及一种航空面阵摆扫式相机定位和标定方法。

背景技术

航空面阵摆扫相机具有单个镜头或多个镜头，采用面阵CCD或CMOS电子器件作为探测元件，相机可沿航线垂直方向进行大角度倾斜摆扫侧视成像，可获得飞行航线两侧较大范围的地面影像，如图1(a)和图1(b)所示，具有瞬间凝视成像、几何关系稳定、总视场大、观测范围宽、多角度成像等特点在境外侦察成像、倾斜摄影测量、三维仿真重建等领域具有广泛的应用。典型的面阵摆扫航空相机有Goodrich公司的DB-110系列航空相机、Raytheon公司的全球鹰搭载相机、FLIR公司生产的B2-FO相机以及以色列ELOP公司的双波段LOROP相机、以色列VisionMap的A3-edge相机。其中A3-edge是新一代的步进式分幅成像航摄仪、携带300mm长焦双镜头，两个镜头位置关系固定，航摄过程中相机围绕中心轴在垂直飞行方向上摆扫成像，相机的0号镜头和1号镜头同时曝光成像，摆扫角最高可达109°。在完成摆扫成像后，相机反向回摆并迅速归位，回摆过程不成像。

但是面阵摆扫式航空影像像幅小，影像数量多，航线关系复杂，大倾角成像时全景畸变严重，这些都增加了定位和标定处理的难度。而且面阵摆扫式相机由于摆扫角度较大，相邻影像之间角度变化快，差异大，相机一般仅配置有GNSS设备，可以提供成像时相机的位置信息，但不装备IMU姿态测量，无法提供成像时相机的角度信息，传统的摄影测量定位处理方法不在适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空面阵摆扫式相机定位和标定方法，用以解决传统的摄影测量标定和定位处理方法不适用航空面阵摆扫式相机的问题。

为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：

本发明提供了一种航空面阵摆扫式相机定位和标定方法，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；