一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法技术

本发明专利技术涉及一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法，包括：S1、构建深空轨道器严格成像几何模型，将连接点按照立体几何和多视几何分为两类，并利用先验数字高程模型DEM计算每个连接点的初始三维坐标，考虑不同几何关系进行自适应区域网构网；S2、根据平差的参数构建平差的误差方程，包括连接点的误差方程以及求解参数的误差方程，按照多视几何连接点的重叠程度来进行自适应的定权；S3、在平差过程中，利用DEM的先验精度和高程起伏信息来求解三维点改正值的权重，结合DEM的高程信息来进行选权迭代方式的误匹配剔除。与现有技术相比，本发明专利技术能够有效提升平差后的几何一致性，在剔除误匹配点的同时，保证区域网平差的准确性和有效性。的准确性和有效性。的准确性和有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法


[0001]本专利技术涉及摄影测量与卫星数据处理
，尤其是涉及一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法。

技术介绍

[0002]进行高分辨率轨道器影像大规模光束法平差能利用影像重叠区域的几何约束关系进行平差处理，实现区域网内影像几何精度一致性，可大大提高数据处理效率，为生成高分辨率制图产品建立高精度的数据基础，因此进行大规模的区域网平差十分必要。在区域网平差中的几何立体要求拍摄相同地形的两幅图像，其交会角(两个观测射线之间的夹角)在10
‑
40
°
和相似的入射角之间。
[0003]然而对于深空轨道器平台，其运行轨道较高，为了减小影像变形，很多时候都采用近似垂直于地面的方式进行成像，而且成像传感器的视场角普遍比较小。深空轨道器上搭载的相机，如月球勘测轨道器的窄角相机(LRO NAC)以及火星勘测轨道器的高分辨率成像科学实验仪(MRO HiRISE)和我国的天问一号高分辨率相机(HiRIC)实现了高分辨率成像，但其通常只能通过异轨影像来实现立体观测。这些高分辨率轨道器影像的成像状态和观测条件不同，相机本身可能不具备立体观测能力，只在垂轨方向具有小范围的重叠，且在该区域匹配的连接点无立体信息；异轨影像通常不具备立体交会条件。在进行大范围应用时，很容易出现弱交会现象，且定位精度存在一定的差异，严重影响轨道器影像大范围应用。
[0004]由于大区域影像在不同区域的覆盖程度不同，因此在大区域影像匹配的连接点中包括了两重连接点、三重连接点、四重连接点等等，对于不同重叠程度的连接点如果不进行区分，会导致区域网平差最终解算的精度产生较大的不一致性，不能更有效的将区域网进行连接。
[0005]针对大区域的弱交会影像，在进行无控制点平差时通常考虑引入已有的控制信息，如数字高程模型DEM等，直接利用其高程值作为参考加入平差中进行平面区域网平差。与常规利用立体像对的平差求解地面点三维坐标不同，平面区域网过程中仅计算改正模型参数和连接点对应物方点的平面坐标，而高程坐标则根据解算出来的平面坐标通过参考DEM内插得到。由于并不需要交会求解地面点高程值，平面区域网平差可以保证解算过程中具有很强的稳定性。
[0006]但从平面区域网平差的过程中可以得到，连接点对应物方点的高程值依赖于参考的数字高程模型DEM的先验精度，如果该数字高程模型DEM数据的质量较差或者分辨率不足，在局部区域可能会导致较大的高程误差，从而大大影响平差结果的精度一致性。
[0007]在进行深空轨道器影像的大区域无控光束法平差的过程中，随着影像数量的增加，不可避免的会出现误匹配点。这些点虽然在匹配过程中已经进行了剔除，但仍有可能会剩余小部分，从而影响平差的结果，因此需要进行误匹配连接点的剔除。连接点初始三维位置的点位误差导致的点位不一致及数字高程模型DEM上的地形变化也会影响误匹配点的剔除。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法，能够有效提升平差后的几何一致性，在剔除误匹配点的同时，保证区域网平差的准确性和有效性。
[0009]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0010]本专利技术给出了一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法，所述方法包括以下步骤：
[0011]步骤S1、将连接点按照立体几何和多视几何分为两类，并利用先验数字高程模型DEM计算每个连接点的初始三维坐标，考虑不同几何关系进行自适应区域网构网；
[0012]步骤S2、根据平差参数构建平差的误差方程，包括连接点的误差方程以及求解参数的误差方程，根据多视几何中连接点的重叠程度设置乘数因子，在平差过程中分别给予不同的权重；
[0013]步骤S3、在平差过程中，利用数字高程模型DEM的先验精度和高程起伏信息来求解三维点改正值的权重，结合数字高程模型DEM的高程信息来进行选权迭代方式的误匹配剔除。
[0014]优选地，所述步骤S1具体包括以下子步骤：
[0015]步骤S11、利用二阶多项式对初始外方位元素进行建模，并构建深空轨道器严格成像几何模型；
[0016]步骤S12、将连接点按照立体几何和多视几何分为两类，利用初始外方位元素将每个连接点交于DEM上，使用光线追踪法获取每个连接点的初始三维坐标；
[0017]步骤S13、将立体几何关系的连接点分为两重连接点和多重连接点，按连接点的不同交会角大小，分别利用三角化和求中点的方式，求解同名连接点交会后的三维坐标。
[0018]优选地，所述步骤S11具体为：
[0019]针对线阵推扫式传感器影像多中心成像的特点，建立基于共线方程的轨道器影像成像模型，并利用二阶多项式对深空轨道器的初始外方位元素进行建模，其中，所述的轨道器影像成像模型的表达式为：
[0020][0021]式中，[x,y,f]T
为像点的焦平面坐标，[X,Y,Z
T
为像点对应的地面点坐标，[X
S
,Y
S
,Z
S
]T
为轨道器在J2000坐标系下的坐标；R为旋转矩阵，表现形式为：
[0022][0023]其中，为高分辨率相机坐标系转到轨道器坐标系的旋转矩阵，为轨道器坐标系转到月固坐标系的旋转矩阵，为月固坐标系转到J2000坐标系的旋转矩阵，λ为尺度因子。
[0024]优选地，所述步骤S12中使用光线追踪法获取每个连接点的初始三维坐标，具体为：给定初始高程面H0，先解算光线与高程面的交点P0，然后根据点P0的平面位置在参考DEM中内插出新的高程值以确定新的物方点P1，由P1的高程确定光线上的点P2，再由点P2的
平面位置确定DEM上的点P3，反复迭代，最终解算出满足精度的物方点P的位置。
[0025]优选地，所述步骤S13中交会角的计算表达式为：
[0026][0027]式中，(X
S1
,Y
S1
,Z
S1
)为左影像相机位置到地面交点的向量，(X
S2
,Y
S2
,Z
S2
)为右影像相机位置到地面交点的向量，所述的地面交点即为同名连接点初始三维坐标取中点后的坐标。
[0028]优选地，所述交会点的三维坐标的计算过程分为：
[0029]1)当交会角大于设定值c，采用三角化方式求解交会后的平面坐标，利用平面坐标在DEM上获取高程，获得交会点的三维坐标；
[0030]2)当交会角小于设定值c，利用连接点的初始三维坐标取中点，获得交会点的三维坐标。
[0031]优选地，所述当交会角小于设定值c，利用连接点的初始三维坐标取中点，获得交会点的三维坐标，包括：在多重连接点之间，连接点按照交会角计算公式两两计算交会角，当所有交会角大于设定值c，利用1)方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1、构建深空轨道器严格成像几何模型，将连接点按照立体几何和多视几何分为两类，先利用先验数字高程模型DEM使用光线追踪法计算每个连接点的初始三维坐标，然后将立体几何关系的连接点分为两重连接点和多重连接点，按连接点的不同交会角大小，分别利用三角化和求中点的方式，求解同名连接点交会后的三维坐标，从而进行考虑不同几何关系的自适应区域网构网；步骤S2、根据平差的参数构建平差的误差方程，包括连接点的误差方程以及求解参数的误差方程，按照多视几何连接点的重叠程度来进行自适应的定权；步骤S3、在平差过程中，利用数字高程模型DEM的先验精度和高程起伏信息来求解三维点改正值的权重，结合数字高程模型DEM的高程信息来进行选权迭代方式的误匹配剔除。2.根据权利要求1所述的一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下子步骤：步骤S11、利用二阶多项式对初始外方位元素进行建模，并构建深空轨道器严格成像几何模型；步骤S12、将连接点按照立体几何和多视几何分为两类，利用初始外方位元素将每个连接点交于数字高程模型DEM上，使用光线追踪法获取每个连接点的初始三维坐标；步骤S13、将立体几何关系的连接点分为两重连接点和多重连接点，按连接点的不同交会角大小，分别利用三角化和求中点的方式，求解同名连接点交会后的三维坐标。3.根据权利要求2所述的一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法，其特征在于，所述步骤S11具体为：针对线阵推扫式传感器影像多中心成像的特点，建立基于共线方程的轨道器影像成像模型，并利用二阶多项式对深空轨道器的初始外方位元素进行建模，其中，所述的轨道器影像成像模型的表达式为：式中，[x,y,f]
T
为像点的焦平面坐标，[X,Y,Z
T
为像点对应的地面点坐标，[X
S
,Y
S
,Z
S
]
T
为轨道器在J2000坐标系下的坐标；R为旋转矩阵，表现形式为：其中，为高分辨率相机坐标系转到轨道器坐标系的旋转矩阵，为轨道器坐标系转到月固坐标系的旋转矩阵，为月固坐标系转到J2000坐标系的旋转矩阵，λ为尺度因子。4.根据权利要求2所述的一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法，其特征在于，所述步骤S12中使用光线追踪法获取每个连接点的初始三维坐标，具体为：给定初始高程面H0，先解算光线与高程面的交点P0，然后根据点P0的平面位置在参考数字高程模型DEM中内插出新的高程值以确定新的物方点P1，由P1的高程确定光线上的点P2，再由点P2的平面位置确定DEM上的点P3，反复迭代，最终解算出满足精度的物方点P的位置。
5.根据权利要求2所述的一种深空轨道器弱交会多视影像的自适应区域网平差方法，其特征在于，所述步骤S13中交会角的计算表达式为：式中，(X
S1
,Y
S1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶真，陈晨，徐聿升，童小华，谢欢，黄荣，冯永玖，许雄，柳思聪，金雁敏，刘世杰，王超，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：