一種利用rpc探測(cè)多源衛(wèi)星影像同名像點(diǎn)成像交會(huì)角方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星影像攝影測(cè)量方法，特別涉及到利用有理多項(xiàng)式模型進(jìn)行空中三 角測(cè)量或三維重建時(shí)探測(cè)多源衛(wèi)星影像同名像點(diǎn)成像交會(huì)角探測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基高比或成像交會(huì)角反映了影像像點(diǎn)對(duì)應(yīng)三維地面點(diǎn)交會(huì)求解的穩(wěn)定性。基高比 是攝影基線長(zhǎng)度與攝站高度之比。攝影基線是多站攝影時(shí)，遙感器連續(xù)兩次曝光瞬間鏡頭 中心間的距離，一般由曝光時(shí)間間隔來(lái)控制;攝站高度系鏡頭中心沿鉛垂線到地面的距離， 即相對(duì)航高?；弑葲Q定相鄰影像在航向上的重疊度?；弑扔螅较蛑丿B愈小，反之重 疊度愈大。而影像航向重疊愈大，立體觀測(cè)和高程量測(cè)精度愈低。重疊度大，相鄰兩幅影像 組成立體像對(duì)時(shí)構(gòu)成的立體模型，其垂直比例尺夸大不明顯，亦即立體效應(yīng)差，影響觀測(cè)。 成像交會(huì)角是地面點(diǎn)與立體遙感影像成像時(shí)相應(yīng)傳感器位置間的夾角，交會(huì)角的大小決定 了遙感影像目標(biāo)對(duì)地三維定位時(shí)的精度與穩(wěn)健性。基高比和成像交會(huì)角是判斷經(jīng)典光學(xué)遙 感影像進(jìn)行定位質(zhì)量的重要參數(shù)，滿足特定基高比或成像交會(huì)角要求也是經(jīng)典影像進(jìn)行攝 影測(cè)量制圖時(shí)需要滿足的必須條件。
[0003] RPC(有理多項(xiàng)式參數(shù))模型目前正成為星載遙感影像定位的主流方法，但RPC參數(shù) 中不包含傳感器的位置，使得傳感器至地面目標(biāo)的光線或電磁波入射向量難以使用傳統(tǒng)的 方法計(jì)算。因此，利用RPC參數(shù)進(jìn)行成像交會(huì)角的探測(cè)，對(duì)RPC進(jìn)行影像幾何處理，無(wú)疑有著 重要的作用。
[0004] 衛(wèi)星影像在成像的過(guò)程中，受到透視投影、攝影軸傾斜、大氣折光、地球曲率及地 形起伏等諸多因素影響，致使影像中各像點(diǎn)產(chǎn)生不同程度的幾何變形而失真，無(wú)法直接與 真實(shí)地圖套合以進(jìn)行后續(xù)應(yīng)用。因此要精確地使用遙感衛(wèi)星影像，首要的工作當(dāng)先解決影 像之傳感器的幾何模型問(wèn)題。通常建立傳感器的模型的方法主要可分成兩大類，除嚴(yán)密模 型外，通用模型在近幾年受到前所未有的關(guān)注，其主要進(jìn)展是有理多項(xiàng)式模型逐漸替代傳 統(tǒng)的嚴(yán)密模型，用于光學(xué)與雷達(dá)衛(wèi)星遙感影像的幾何處理中。
[0005] 常用的多項(xiàng)式模型比較，RPC模型實(shí)際上是各種傳感器幾何模型的一種抽象的表 達(dá)方式，它適用于各類傳感器包括最新的航空和航天傳感器，是多項(xiàng)式模型更精確的形式。 它以像點(diǎn)坐標(biāo)(R，C)表達(dá)為以相應(yīng)地面點(diǎn)空間坐標(biāo)(L，B，H)為自變量的多項(xiàng)式比值：
[0006]
[0007]其中：
[0008] NumR (Ln，Bn，Hn) = ai+a2Bn+a3Ln+a4Hn+a5BnL n+a6BnHn+a7LnHn+a8B n2+a9Ln2+ai〇Hn 2+ ailBnLnHn+ai2Bn3+ai3BnLn2+ai4BnHn2+ai5Bn 2Ln+ai6Ln3+ai7LnHn2+ai8Bn 2Hn+ai9Ln2Hn+a2〇Hn3
[0009] DenR (Ln，Bn，Hn) = bi+b2Bn+b3Ln+b4Hn+b5BnL n+b6BnHn+b7LnHn+b8B n2+b9Ln2+bi〇Hn 2+ bllBnLnHn+￡ll2Bn +Ell3BnLn +bl4BnHn +bl5Bn Ln+bl6Ln +bl7LnHn +bl8Bn Hn+bl9Ln Hn+b2〇Hn
[0010] NumC(Ln, Bn , Hn) -Cl + C2Bn+C3Ln+C4Hn+C5BnLn+C6BnHn+C7LnHn+C8Bn +C9Ln +Cl〇Hn + CllBnLnZn+C12Bn +C13BnLn +C14BnHn +C15Bn Ln+C16Ln +C17LnHn +C18Bn Hn+C19Ln Hn+C2〇Hn
[0011] DenC (Ln，Bn，Hn) = dl + d2Bn+d3Ln+d4Hn+d5BnLn+d6BnHn+d7LnHn+d8Bn2 + d9Ln2+dl()Hn2 + dllBnLnHn+dl2Bn +dl3BnLn +dl4BnHn +dl5Bn Ln+dl6Ln +dl7LnHn +dl8Bn Hn+dl9Ln Hn+d2〇Hn
[0012] 式中（Ln，Bn，Hn)為地面點(diǎn)（L，B，H)的歸一化物方坐標(biāo)系坐標(biāo)，N umR(Ln，Bn，Hn)，DenR 〇^，1311，!11)，1'111111(；(1^，1311，!111)，0(311(；(1^，1311，!11)為三元三次多項(xiàng)式，&1，1^，(^，(^(1 = 1....20)為影 像附帶的RPC參數(shù)，131 = 1，(11=1;(1^，&1)為像點(diǎn)影像坐標(biāo)(1?，〇的歸一化影像坐標(biāo)，根據(jù)下 式計(jì)算：
[0013]
[0014]
[0015]其中RQff，Coff，Uff，Boff，Hoff是像點(diǎn)的影像坐標(biāo)和物方大地坐標(biāo)的偏移參數(shù)，R scaie， Cscale，Lscale，Bscale，Hscale為像點(diǎn)和地面點(diǎn)坐標(biāo)的比例系數(shù)。
[0016] 與多項(xiàng)式模型一樣，RPC模型參數(shù)的計(jì)算本質(zhì)上是通過(guò)采樣點(diǎn)來(lái)擬合。這里的采樣 點(diǎn)是計(jì)算RPC時(shí)已知的像點(diǎn)和地面點(diǎn)坐標(biāo)的集合：
[0017] {1^，匕，1^，81出}(1 = 1，2,3."為第1個(gè)已知點(diǎn)）
[0018] 根據(jù)已知點(diǎn)的來(lái)源，RPC模型參數(shù)求解有與地形無(wú)關(guān)和與地形相關(guān)兩種求解方式。 在已有成像幾何模型的情況下，采用與地形無(wú)關(guān)的求解方式，通過(guò)已有模型(通常是嚴(yán)密模 型)產(chǎn)生虛擬的控制點(diǎn)；在嚴(yán)密模型未知的情況下，則采用與地形相關(guān)的求解方式，通過(guò)測(cè) 量給定一定數(shù)目的控制點(diǎn)。
[0019] RPC模型在數(shù)據(jù)處理方式上雖然有與傳感器和坐標(biāo)系無(wú)關(guān)的特點(diǎn)。目前，已有大量 文獻(xiàn)對(duì)不同傳感器影像RPC模型的精度進(jìn)行了測(cè)試與應(yīng)用，在一些高質(zhì)量的高分影像如 IK0N0S和QuickBird中，通過(guò)平差定位精度可達(dá)到子像素級(jí)。
[0020] 由于RPC模型屬于傳感器無(wú)關(guān)模型，它非常適合不同衛(wèi)星影像的聯(lián)合處理，在傳感 器攝影時(shí)攝站位置未知的情況下，探測(cè)地面目標(biāo)的成像交會(huì)角和不同影像的弱交會(huì)條件， 有重要的作用，但目前未出現(xiàn)有效的方法，本發(fā)明正是為解決這一難題而提出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明提供了一種利用RPC探測(cè)多源衛(wèi)星影像同名像點(diǎn)成像交會(huì)角方法，是一種 基于RPC參數(shù)和全球SRTM(航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪)數(shù)據(jù)的多源影像成像交會(huì)角的探測(cè)方 法，在全球SRTM數(shù)據(jù)的支持下，通過(guò)地面點(diǎn)高程的變動(dòng)，來(lái)計(jì)算地面點(diǎn)位置矢量的改變，進(jìn) 而計(jì)算任意影像像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面入射角，根據(jù)入射角計(jì)算任意兩景影像同名像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地 面目標(biāo)的成像交會(huì)角，并根據(jù)影像的性質(zhì)判斷多源影像的同名點(diǎn)是否屬于弱交會(huì)成像。該 方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0022] (1)利用衛(wèi)星影像附帶的RPC參數(shù)，高程采用全球SRTM數(shù)據(jù)，利用RPC模型計(jì)算各影 像像點(diǎn)P(R，C)對(duì)應(yīng)地面點(diǎn)Po的大地坐標(biāo)經(jīng)度、煒度和高程(1^，8〇，!1())，1?、(：為像點(diǎn)？的影像 行、列坐標(biāo)；
[0023] (2)依次取新的高程值H^Ho+l和H2 = Ho+1000,利用RPC模型重新計(jì)算得到p點(diǎn)對(duì) 應(yīng)地面點(diǎn)Pi和P2的大地坐標(biāo)經(jīng)度、煒度和高程(Li，BiHi)、（L2，B2，H2);
[0024] (3)將P〇UPP2的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地心直角坐標(biāo)系三維坐標(biāo)，分別得到P Q(XQ，Y0， ZohPHXbYbZihPHXhYhZd，并計(jì)算地心直角坐標(biāo)系中的向量
[0025] (4)若p為光學(xué)衛(wèi)星影像上的像點(diǎn)，對(duì)應(yīng)地面點(diǎn)的入射向量《 = 若p為合成孔 徑雷達(dá)影像上的像點(diǎn)，入射向量為
[0026] (5)計(jì)算任意重疊影像1和2上的同名像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的成像交會(huì)角Piarccosliai · ci2/( | ai| · |a2|)]，其中ai、a2分別按步驟(4)計(jì)算得到的影像1和2中同名像點(diǎn)對(duì)應(yīng)地面點(diǎn)的入射 向量；
[0027] (6)根據(jù)影像性質(zhì)和成像交會(huì)角大小，判定同名點(diǎn)是否屬于弱交會(huì)成像。
[0028]所述步驟（1)中，影像坐標(biāo)為(R，C)的像點(diǎn)p對(duì)應(yīng)地面點(diǎn)大地坐標(biāo)Po(Lo，Bo，Ho)的計(jì) 算根據(jù)影像RPC參數(shù)和SRTM數(shù)據(jù)，利用RPC模型通過(guò)迭代的方法計(jì)算得到，包括以下步驟： [0029] (1)給定影像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)Po所在區(qū)域的近似高程ho作為初值，即令Ho = h0;
[0030] (2)將像點(diǎn)坐標(biāo)(R，C)、高程Ho和RPC參數(shù)代入RPC模型，得到述方程組并求解地面 點(diǎn)的歸一化大地坐標(biāo)經(jīng)度和煒度(L n，Bn):
[0031]
[0032] 其中，NumR(Ln，Bn，Hn)，DenR(Ln，Bn，Hn)，NumC(Ln，Bn，Hn)，0611。(1^，1311，1111)代表二兀二次 多項(xiàng)式，且有：
[0033] NumR ( Ln，Bn，Hn ) = ai+a2Bn+a3Ln+a4Hn+a5BnLn+a6BnHn+a7LnHn+a8Bn2+a9Ln2+ai〇Hn 2 + ailBnLnHn+￡ll2Bn +&13BnLn +&14BnHn +&15Bn Ln+&16Ln +&17LnHn +&18Bn