水下物點(diǎn)坐標(biāo)確定方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雙介質(zhì)攝影領(lǐng)域，具體而言，涉及水下物點(diǎn)坐標(biāo)確定方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空攝影（aerial photography)，又稱航拍，是指在飛機(jī)或其他航空飛行器上利 用航空攝影機(jī)攝取地面景物像片的技術(shù)。按像片傾斜角分類（像片傾斜角是航空攝影機(jī)主 光軸與通過透鏡中心的地面鉛垂線（主垂線）間的夾角），可將攝影方式分為垂直攝影和傾 斜攝影。
[0003] 從攝影介質(zhì)的角度來看，航空攝影中主要分為兩大類，一類是對地面上的景物進(jìn) 行拍攝的單介質(zhì)攝影，另一類是對水中景物進(jìn)行拍攝的雙介質(zhì)攝影。
[0004] 雙介質(zhì)攝影是被攝物體與攝影機(jī)處于不同介質(zhì)中的攝影測量方法。雙介質(zhì)攝影測 量的成像光線必定穿過兩個不同的介質(zhì)（如空氣和水），這就使攝影測量處理時需要考慮 或像光線在介質(zhì)分界處的折光問題。當(dāng)攝影機(jī)置于空中向水中攝影，水面就是兩介質(zhì)的分 界面；若用攝影機(jī)在水下攝影，則攝影機(jī)物鏡的主平面就是兩介質(zhì)的分界面。雙介質(zhì)攝影測 量多用于測繪海底地形和研宄水中物體?；陔p介質(zhì)攝影，可以利用被攝目標(biāo)在兩種不同 介質(zhì)中的幾何關(guān)系來確定水下物點(diǎn)三維位置坐標(biāo)。
[0005] 隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，利用海水可見光遙感反射率、高光譜遙感輻射亮度進(jìn)行水 深測量的衛(wèi)星遙感技術(shù)逐步發(fā)展成熟，但這種技術(shù)只能在水色清澈的海域進(jìn)行，同時，高 分辨率航空遙感影像在遠(yuǎn)離大陸的海域獲取困難，在數(shù)據(jù)處理時跨海高程傳遞方面存在困 難。在雙介質(zhì)攝影測量方面，相關(guān)研宄僅推導(dǎo)出了雙介質(zhì)攝影測量的相對定向和絕對定向 的基本公式，采用模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗，沒有實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，其基本公式的可靠性也就難 以確定。我國海域島礁具有水下礁盤面積大的特點(diǎn)，其露出水面部分面積遠(yuǎn)小于水下礁盤 面積，海礁測繪的難題就是解決礁盤水下礁盤地形測繪的技術(shù)。傳統(tǒng)的船基水深測量，受島 礁遠(yuǎn)離大陸難以到達(dá)、敏感海區(qū)無法靠近、島礁近岸水深較淺船舶易擱淺等因素影響，難以 實(shí)施；對于通用航空激光測深技術(shù)，測量裝備昂貴，受敏感海區(qū)空域限制、遠(yuǎn)離大陸海域受 飛行平臺續(xù)航能力限制，難以實(shí)施。
[0006] 目前，美國海洋測量局于20世紀(jì)90年代就開始了近岸、海島礁、淺灘等周邊海域 的航空攝影水下地形探測和水深測量工作，在當(dāng)時的航空攝影技術(shù)和成像條件下，淺海水 深測量深度可達(dá)到5. 5m，透明水域能達(dá)到20m。
[0007] 國內(nèi)外水下地形測量測量技術(shù)主要包括船載RTK GPS+多波束數(shù)字測深技術(shù)、機(jī)載 激光測深技術(shù)和遙感水深反演測深技術(shù)。但現(xiàn)有技術(shù)中針對遠(yuǎn)離大陸的島礁水下地形測量 具有一定的缺點(diǎn)。
[0008] 1，船載RTK GPS+多波束數(shù)字測深技術(shù)
[0009] 該技術(shù)通過發(fā)射一束波束，接收多個窄的波束來形成多波束測深信號，從而獲知 水下地形的信息。它具有測深點(diǎn)多、測量方式靈活、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。多波束系統(tǒng)與雙 頻接收機(jī)結(jié)合可提高坐標(biāo)定位和水下測深的效率和精度，RTK多波束測深系統(tǒng)是發(fā)展較為 成熟的系統(tǒng)，最大測深為200-12000米，測深精度一般可以達(dá)到毫米級，但是多波束數(shù)字測 深儀要借助于載體船，就遠(yuǎn)海礁盤測量應(yīng)用而言，遠(yuǎn)離大陸礁盤難以到達(dá)，敏感海域無法靠 近，也就無法實(shí)施。
[0010] 2,機(jī)載激光測深技術(shù)
[0011] 以大飛機(jī)作為激光探測儀器的載體，利用藍(lán)綠光較易穿透海水而紅外光不易穿透 海水的特點(diǎn)，通過專門的掃描裝置同時對海面測高和對海底測深，結(jié)合定位和姿態(tài)控制，經(jīng) 數(shù)據(jù)處理與分析來測量淺水海域海底地形，機(jī)載激光測深系統(tǒng)對清澈海底的最大探測深度 為50-70m，對渾濁水體的探測深度相對較低，測深精度可達(dá)到0. 3-lm。由于機(jī)載激光測深 儀只能搭載在大飛機(jī)上獲取，受敏感海域及航程限制無法全部覆蓋遠(yuǎn)海島礁，此種技術(shù)同 樣難以獲得敏感海域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0012] 3,遙感反演測深技術(shù)
[0013] 利用多光譜或高光譜遙感影像中所反應(yīng)的部分光譜信息和部分實(shí)測水深擬合出 水深反演模型，根據(jù)不同測量區(qū)域?qū)嶋H情況將相應(yīng)的參數(shù)和相應(yīng)的光譜信息，提取未知區(qū) 域的水深值。遙感反演測深的精度與水體的深度、清澈度有關(guān)，水體越清澈可探測的水深就 越深：測深精度一般在l_3m左右，探測深度在30m以內(nèi)；當(dāng)水體非常清澈時可探測到40m以 內(nèi)，而水體較為混濁時則只有10-20m。遙感反演測深技術(shù)在大面積數(shù)據(jù)獲取方面有一定的 優(yōu)勢，但遙感反演模型需要實(shí)測水深數(shù)據(jù)的參與，并且不同地區(qū)所需參數(shù)和模型不同，加之 遠(yuǎn)海大部分礁盤數(shù)據(jù)無法獲得實(shí)測水深數(shù)據(jù)，因此很難開展應(yīng)用。
[0014] 相關(guān)技術(shù)中，已有根據(jù)水下物點(diǎn)的成像機(jī)理推導(dǎo)出水下物點(diǎn)三維坐標(biāo)的公式（公 式中包括分別計算水下物點(diǎn)X、Y、Z三個方向上的坐標(biāo)數(shù)值），水下物點(diǎn)三維坐標(biāo)公式中很 重要的一個參數(shù)便是入射角（入射光線與入射表面法線的夾角），相關(guān)技術(shù)中的水下物點(diǎn) 三維坐標(biāo)公式，將海面視為一個靜止的平面，而實(shí)際上，海平面是時時都有波浪翻滾的，因 而相關(guān)技術(shù)中認(rèn)為海平面是靜止的，進(jìn)而將入射角作為常數(shù)帶入水下物點(diǎn)三維坐標(biāo)公式 中，所計算出的結(jié)果是不夠準(zhǔn)確的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供水下物點(diǎn)坐標(biāo)確定方法和裝置，以提高 確定目標(biāo)物點(diǎn)三維坐標(biāo)的準(zhǔn)確度。
[0016] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了水下物點(diǎn)坐標(biāo)確定方法，其特征在于，包括：
[0017] 根據(jù)單介質(zhì)成像原理，確定目標(biāo)物點(diǎn)的參考坐標(biāo)信息；
[0018] 根據(jù)目標(biāo)物點(diǎn)的參考坐標(biāo)信息，選取靠近目標(biāo)物點(diǎn)的多個測點(diǎn)作為參考點(diǎn)；
[0019] 根據(jù)多個參考點(diǎn)所在的平面的法向量，計算拍攝影像的光線入射角；
[0020] 根據(jù)光線入射角計算目標(biāo)物點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
[0021] 結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，根 據(jù)目標(biāo)物點(diǎn)的參考坐標(biāo)信息，選取靠近目標(biāo)物點(diǎn)的多個測點(diǎn)作為參考點(diǎn)包括：
[0022] 對預(yù)先劃定的測區(qū)進(jìn)行格網(wǎng)化，以確定多個子區(qū)域；
[0023] 根據(jù)參考坐標(biāo)信息，將目標(biāo)