專利名稱：線陣ccd光學與sar影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法
技術領域：
本發(fā)明屬于攝影測量與遙感技術，圖像處理領域，特別是涉及攝影測量領域中的一種針對線陣CXD光學與SAR遙感影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法。
背景技術：
在立體攝影測量技術中完成影像定向需要在每幅影像上選擇盡可能多且分布均勻的控制點，這是一項非常繁瑣的工作。攝影測量中的區(qū)域網(wǎng)平差是解決這一問題的重要手段，其通過對同一區(qū)域的多幅影像進行聯(lián)合處理，利用少量的控制點即可實現(xiàn)所有影像的定向并同時獲得更加密集的控制點。區(qū)域網(wǎng)平差是攝影測量中的一項重要工作，是生成大范圍DEM的必要工序。在“復合式”像對立體定位方法中，SAR影像的定向精度往往不高，其主要原因就是控制點的量測很困難且精度不高，而采用不同類型遙感影像進行聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差的方法， 則可以盡可能地減少SAR影像上控制點的數(shù)量，而利用精度較高的光學影像上的控制點來計算SAR影像的定向參數(shù)，同時獲得較高精度的地面點坐標。早在模擬攝影測量階段，人們已經在全能型立體測圖儀上對航空像片進行空中三角測量。在二十世紀60年代，由于計算機的誕生而發(fā)展了解析空中三角測量。二十世紀60-70年代，解析空中三角測量被應用于雷達航空影像，成功實現(xiàn)了對云層遮蓋地區(qū)的測圖，但精度較低。傳統(tǒng)區(qū)域網(wǎng)平差的研究對象主要是同一種傳感器獲取的影像，而對于多源遙感影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差的研究則很少得到關注。Young-Ran Lee (Young-Ran Lee, 2003)采用改進的共線條件方程，對Landsat-7、K0MPSAT-1、SPOT-1、IKONOS等光學衛(wèi)星影像進行了聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差試驗，在5個控制點、10個連接點和10個檢查點的情況下，獲得平面 2. 76m,高程 3. Im 的精度。Thierry Toutin (Thierry Toutin, 2004)嘗試了將多種光學和SAR衛(wèi)星遙感影像聯(lián)立進行光束法區(qū)域網(wǎng)平差，其使用了 Landsat-7ETM+、SP0T-4HRV、 ASTER、RADARSAT-1、ERS-I五顆衛(wèi)星共49幅影像進行了實驗，取得了 25_30m的定位精度。 他在 2006 年(Thierry Toutin, 2006)又對 SP0T-5HRS、SP0T-5HRG、IK0N0S、Quick Bird 等影像進行了多星多傳感器遙感影像的聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差試驗，獲得平面2. 54m、高程2. Im的精度。但上述研究主要是實驗驗證了多源遙感影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差思想的可行性，并未提出相關的方法、模型。國內目前尚未見相關技術的研究成果。

發(fā)明內容
本發(fā)明遙感影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法的目的是將不同傳感器或平臺獲取的同一區(qū)域的遙感影像組合起來進行平差計算，以獲得所有影像的外定向參數(shù)與加密點的地面坐標。線陣CXD光學與SAR影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法，步驟如下1)對于同一區(qū)域兩幅及兩幅以上線陣CCD光學和/或SAR遙感圖像，任意選擇兩幅或兩幅以上像片；2)每幅像片使用其各自的控制點，根據(jù)每幅像片對應的構像模型，通過空間后方交會確定每幅像片的外方位元素初值，然后由選擇的所有像片通過前方交會確定所有加密點地面坐標的初值；3)將步驟2)得到的各加密點地面坐標、各像片的外方位元素的初值帶入各像片分別對應的構像模型，得到加密點在各像片上對應像點的坐標；4)根據(jù)加密點和控制點所在像片類型的構像模型，建立加密點和控制點的誤差方程式并進行解算，得到各像片的外方位元素和加密點的地面坐標的近似值；5)重復3)—4)，直到連續(xù)兩次得到的各像片的外方位元素改正數(shù)和加密點地面坐標改正數(shù)小于設定的限差；6)采用多片前方交會，計算未參加區(qū)域網(wǎng)平差各點的地面坐標，實現(xiàn)定位。所述線陣CXD光學影像采用線中心投影構像模型；所述SAR影像采用F. Leberl構像模型。步驟4)包括根據(jù)所述兩構像模型的聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差模型建立誤差方程式和相應的權矩陣，接著按照最小二乘原理對誤差方程進行法化答解。步驟4)中，如果是線陣CCD 光學影像，增加偽觀測值誤差方程式。本發(fā)明是針對線陣CXD光學與SAR遙感影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差方法，實現(xiàn)方案是首先進行區(qū)域網(wǎng)概算，設定每張影像的外定向參數(shù)和加密點坐標的初值，然后根據(jù)聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差模型建立誤差方程式和相應的權矩陣，接著按照最小二乘原理對誤差方程進行法化答解，得到每張影像的外定向參數(shù)，最后利用多片前方交會計算加密點的地面坐標。SAR影像的定向精度往往不高，其主要原因就是控制點的量測很困難且精度不高。 而采用不同類型遙感影像進行聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差的方法，則可以盡可能地減少SAR影像上控制點的數(shù)量，而利用精度較高的光學影像上的控制點來計算SAR影像的定向參數(shù)，同時獲得較高精度的地面點坐標。本發(fā)明遙感影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法能夠有效減少攝影測量作業(yè)中所需地面控制點的數(shù)量，并能夠同時將影像的外定向參數(shù)和加密點坐標一起解算出來，可以有效提高影像間的相對精度，并得到更多分布均勻的地面控制點。相比傳統(tǒng)的區(qū)域網(wǎng)平差方法具有更廣泛的適用性；以線中心投影模型和F. Leberl模型為基礎構建了聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差模型，相比采用統(tǒng)一近似構像模型的方法具有更高的精度和可靠性；能夠有效減少攝影測量作業(yè)中所需地面控制點的數(shù)量，并能夠同時將影像的外定向參數(shù)和加密點坐標一起解算出來；能夠有效提高影像間的相對定向精度，并得到更多分布均勻的地面控制點。


圖I線陣CXD的物像關系；圖2SAR傳感器距離條件示意圖；圖3SAR傳感器多普勒條件示意圖；圖4線陣CXD光學與SAR遙感影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差方法的流程圖；圖5四幅衛(wèi)星影像對應區(qū)域及控制點分布示意圖；圖6-圖16為(I)到(11)所有方案的影像覆蓋范圍以及控制點、加密點的分布示意圖。(圖5、圖6中‘Δ’表示SP0T-5影像上的控制點，‘ ▽，表示SP0T-4影像上的控制點，
表示Radarsat-I影像上的控制點，‘ + ’表示ERS-2影像上的控制點，‘0’表示加密點)
具體實施例方式本發(fā)明是一種基于多種傳感器構像模型的“復合式”像對立體定位方法，其核心內 容是聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差模型，它是在線陣CCD光學影像和SAR影像平差模型的基礎上建立起 來的。1、兩種平差模型(i)線陣cra光學影像的平差模型線陣03)影像通常采用線中心投影模型，是因為它是由線陣列傳感器沿飛行方向 推掃而成的，每一掃描行圖像與被攝物體之間具有嚴格的中心投影關系，每一掃描行都具 有各自的外方位元素。但在平臺飛行過程中，其姿態(tài)變化可認為是相當平穩(wěn)的，所以可以 假設每景影像的像平面坐標原點為中央掃描行的中點，每一掃描行的外方位元素隨y值變 化，則外方位元素可描述為
權利要求
1.線陣CXD光學與SAR影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法，其特征在于，步驟如下1)對于同一區(qū)域兩幅及兩幅以上線陣CCD光學和/或SAR遙感圖像，任意選擇兩幅或兩幅以上像片；2)每幅像片使用其各自的控制點，根據(jù)每幅像片對應的構像模型，通過空間后方交會確定每幅像片的外方位元素初值，然后由選擇的所有像片通過前方交會確定所有加密點地面坐標的初值；3)將步驟2)得到的各加密點地面坐標、各像片的外方位元素的初值帶入各像片分別對應的構像模型，得到加密點在各像片上對應像點的坐標；4)根據(jù)加密點和控制點所在像片類型的構像模型，建立加密點和控制點的誤差方程式并進行解算，得到各像片的外方位元素和加密點的地面坐標的近似值；5)重復3)—4)，直到連續(xù)兩次得到的各像片的外方位元素改正數(shù)和加密點地面坐標改正數(shù)小于設定的限差；6)采用多片前方交會，計算未參加區(qū)域網(wǎng)平差各點的地面坐標，實現(xiàn)定位。
2.根據(jù)權利要求I所述的線陣CCD光學與SAR影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法，其特征在于，所述線陣CCD光學影像采用線中心投影構像模型；所述SAR影像采用F. Leberl構像模型。
3.根據(jù)權利要求2所述的線陣CCD光學與SAR影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法，其特征在于，步驟4)包括根據(jù)所述兩構像模型的聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差模型建立誤差方程式和相應的權矩陣，接著按照最小二乘原理對誤差方程進行法化答解。
4.根據(jù)權利要求3所述的線陣CCD光學與SAR影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法，其特征在于，步驟4)中，如果是線陣CCD光學影像，增加偽觀測值誤差方程式。
全文摘要
本發(fā)明涉及線陣CCD光學與SAR影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法，本發(fā)明是針對線陣CCD光學與SAR遙感影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差方法，實現(xiàn)方案是首先進行區(qū)域網(wǎng)概算，設定每張影像的外定向參數(shù)和加密點坐標的初值，然后根據(jù)聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差模型建立誤差方程式和相應的權矩陣，接著按照最小二乘原理對誤差方程進行法化答解，得到每張影像的外定向參數(shù)，最后利用多片前方交會計算加密點的地面坐標。本發(fā)明遙感影像聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差定位方法的目的是將不同傳感器或平臺獲取的同一區(qū)域的遙感影像組合起來進行平差計算，以獲得所有影像的外定向參數(shù)與加密點的地面坐標。
文檔編號G01S13/90GK102607533SQ20111044965
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權日2011年12月28日
發(fā)明者何鈺, 余磊, 孫偉, 季曉林, 張衡, 徐青, 李建勝, 王棟, 耿迅, 藍朝楨, 邢帥, 靳國旺, 馬東洋 申請人:中國人民解放軍信息工程大學