本發(fā)明涉及屬于遙感影像的地形重建技術(shù)方法領(lǐng)域，尤其是一種月球表面高分辨率dem提取方法，目的在于生成高分辨率、高精度月表dem。
背景技術(shù)：
月表的三維建模通常以一個數(shù)字高程模型(dem)來顯示。利用dem進行地形描述有其特有的優(yōu)勢：如容易以多種形式顯示地形信息，并且其精度不會損失，在需要對其地理信息進行添加或修改等操作時，容易實現(xiàn)自動化、實時化。月表dem是選擇登月著陸點，勘查月球資源，研究月球撞擊坑的三維特征等月球探測研究活動不可缺少的基礎(chǔ)信息，也是構(gòu)建基于g/s模式的三維數(shù)字月球平臺，實現(xiàn)月球三維可視化的重要數(shù)據(jù)。
隨著中國月球探測工程的開展，國內(nèi)也掀起了月球數(shù)字高程模型研究的熱潮。國內(nèi)使用嫦娥工程數(shù)據(jù)制作全月表dem的方法大概可以分為2類：⑴直接利用嫦娥激光高度計測高數(shù)據(jù)制作月球表面模型，利用嫦娥一號衛(wèi)星搭載的激光高度計在第一次正飛階段所獲取的有效數(shù)據(jù)點，采用最小曲率法、層次多結(jié)點樣條算法、kriging差值等方法生成月球高程模型。由于衛(wèi)星本身的不穩(wěn)定性、激光測高計的系統(tǒng)噪聲、月球表面的塵埃干擾等因素的影響，激光測高數(shù)據(jù)本身存在著粗差點，這些粗差點的存在表現(xiàn)為高程異常，使得構(gòu)建的數(shù)字高程模型分辨率、精度較低。⑵根據(jù)嫦娥衛(wèi)星ccd三線陣相機傳回的影像數(shù)據(jù)與星載激光高度計結(jié)合得到全月高程數(shù)據(jù)。首先使用嫦娥衛(wèi)星搭載的激光高度計所獲得的數(shù)據(jù)作為月面控制點，在此基礎(chǔ)上，采用攝影測量原理進行部分外方位元素值的計算，然后通過最小二乘擬合出所有的外方位元素，實現(xiàn)ccd影像每行外方位元素值的計算。然后根據(jù)前方交會的原理計算得到離散的月面點坐標，最后選擇內(nèi)插方法對離散的數(shù)據(jù)點進行內(nèi)插得到月球dem。該方法建立的月球dem與直接使用激光高度計數(shù)據(jù)制作的月球dem相比精度有所提高，但是由于月球影像紋理特征不明顯，而且其影像灰度受光照影響，導(dǎo)致提取的控制點有一定的誤差，這就直接影響了所生成的dem的精度，其中利用嫦娥一號立體影像提取的月表dem分辨率只能達到百米級，對嫦娥二號傳回的立體影像進行處理，理論上可以得到分辨率優(yōu)于10米的月表dem，但仍不能滿足我們對月球進行更細致的觀察研究。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服已有月球表面dem提取方法的精度較低、分辨率較低的不足，本發(fā)明提供一種高精度高分辨率的月球表面dem提取方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
一種月球表面高分辨率dem提取方法，包括以下步驟：
步驟1)獲取月球影像數(shù)據(jù)，包括ce-2ccd影像數(shù)據(jù)、ce-1激光高度計lam數(shù)據(jù)和ce-3全景相機pcam數(shù)據(jù)；
步驟2)對步驟1)中的ccd影像前視、后視數(shù)據(jù)和pcam數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；
步驟3)提取pcam左右相機的同名像點以及外方位元素；
步驟4)使用攝影測量學中的前方交會方法計算pcam影像同名像點的物方坐標m1；
步驟5)提取ccd影像數(shù)據(jù)的同名像點與lam數(shù)據(jù)中的控制點坐標；
步驟6)選取足量的虹灣地區(qū)lam數(shù)據(jù)控制點通過有理函數(shù)模型計算影像成像時的外方位元素；
步驟7)使用攝影測量學中前方交會方法計算ccd影像數(shù)據(jù)虹灣地區(qū)的物方坐標m2；
步驟8)統(tǒng)一m1與m2坐標系，計算m1與m2的誤差，如果m1和m2的誤差大于指定閾值θ，說明有理函數(shù)模型系數(shù)的定位精度有計算誤差，返回步驟6)進行下一次迭代，否則，迭代結(jié)束；
步驟9)矯正全月表同名像點的外方位元素，計算ccd影像數(shù)據(jù)的物方坐標m3；
步驟10)使用m3制作規(guī)則的全月dem。
進一步，所述步驟2)中，預(yù)處理包括分析選擇影像數(shù)據(jù)以及影像格式轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：生成高分辨率、高精度月表dem。
具體實施方式
下面對本發(fā)明作進一步描述。
一種月球表面高分辨率dem提取方法，包括以下步驟：
步驟1)獲取月球影像數(shù)據(jù)，包括ce-2ccd影像數(shù)據(jù)、ce-1激光高度計lam數(shù)據(jù)和ce-3全景相機pcam數(shù)據(jù)；
步驟2)對步驟1)中的ccd影像數(shù)據(jù)和pcam數(shù)據(jù)進行預(yù)處理(分析選擇影像數(shù)據(jù)以及影像格式轉(zhuǎn)換等)；
步驟3)提取pcam左右相機的同名像點以及外方位元素；
步驟4)使用攝影測量學中的前方交會方法計算pcam影像同名像點的物方坐標m1；
步驟5)提取ccd影像數(shù)據(jù)的同名像點與lam數(shù)據(jù)中的控制點坐標；
步驟6)選取足量的虹灣地區(qū)lam數(shù)據(jù)控制點通過有理函數(shù)模型計算影像成像時的外方位元素；
步驟7)使用攝影測量學中前方交會方法計算ccd影像數(shù)據(jù)虹灣地區(qū)的物方坐標m2；
步驟8)統(tǒng)一m1與m2坐標系，計算m1與m2的誤差，如果m1和m2的誤差大于指定閾值θ，說明ccd相機外方位元素有計算誤差，返回步驟7)進行下一次迭代，否則，迭代結(jié)束；
步驟9)矯正全月表同名像點的外方位元素，計算ccd影像數(shù)據(jù)的物方坐標m3；
步驟10)使用m3制作規(guī)則的全月dem。
建立有理函數(shù)模型的前提條件是選取足夠數(shù)量的月面控制點，對于ccd線陣推掃式成像模型建立三階有理函數(shù)模型，而且為了避免法方程的病態(tài)問題選取均勻分布于影像上的點作為控制點，利用相機焦距、像元尺寸、傳感器角度這三個基本參數(shù)，解算出有理函數(shù)模型系數(shù)及外方位元素。
通過有理函數(shù)模型求解像片外方位元素xs、ys、zs、
其中，攝影基線b的三個坐標分量(bx,by,bz)可由外方位元素計算：
計算像點a(x,y)和a'(x',y')的空間輔助坐標a1(x1,y1,z1)和a2(x2,y2,z2)。
其中，旋轉(zhuǎn)矩陣r1，r2，表示為：
由式(1)、(2)計算投影系數(shù)n1、n2：
求解待定點的物方坐標a(xa,ya,za)如下：
所以有效提取ccd影像的控制點，對相機外方位元素解算以及對全月表dem精度都有極大影響。