基于嚴密幾何模型的火星表面線陣影像核線重采樣方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于嚴密幾何模型的火星表面線陣影像核線重采樣方法，先獲取火星表面線陣相機拍攝位置、姿態(tài)相關(guān)參數(shù)，構(gòu)建嚴格幾何模型；計算像點坐標在原始影像上的核線，獲取核線上一系列的離散點；設(shè)定平均高程面作為投影面，將線陣立體影像進行微分糾正獲取水平影像；將原始影像核線上的離散點轉(zhuǎn)換至水平影像上，計算核線在水平影像上的幾何關(guān)系并確定核線方向；在水平影像上沿核線方向進行核線重采樣，獲取近似核線影像；本發(fā)明是利用嚴密幾何模型結(jié)合投影軌跡法核線幾何分析與微分糾正生成水平影像的線陣影像核線重采樣方法，在微分糾正生成水平影像的基礎(chǔ)上進行核線重采樣以進一步消除幾何畸變的影響，提高匹配精度與可靠性。
【專利說明】基于嚴密幾何模型的火星表面線陣影像核線重采樣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及火星表面高分辨率立體相機影像核線重采樣方法。
【背景技術(shù)】
[0002]火星是太陽系內(nèi)最有可能發(fā)現(xiàn)生命痕跡的行星，科學家甚至夢想人類有一天能夠移居火星。通過火星全球勘測者MGS、火星快車MEX、火星偵察軌道器MRO等軌道探測器以及勇氣號、機遇號、鳳凰號、好奇號等火星著陸探測器任務(wù)的成功執(zhí)行，人類對火星已經(jīng)有了全新的認識?；鹦堑匦螠y繪是開展火星研究的基礎(chǔ)，獲取高分辨率火星地形數(shù)據(jù)也是著陸器安全著陸的前提。利用攝影測量方法對火星表面立體影像數(shù)據(jù)進行處理仍然是當前獲取火星地形數(shù)據(jù)的主要方法。歐空局2003年發(fā)射的火星快車(MarsExpress，MEX)探測器搭載了專用于火星地形測繪的高分辨率立體線陣相機HRSC，通過對HRSC影像進行攝影測量處理可以獲取火星全球高分辨率地形數(shù)據(jù)。HRSC影像攝影測量數(shù)據(jù)處理的核心問題之一是線陣影像的高精度、快速、密集匹配，利用核線幾何約束是解決這一問題的有效方法。
[0003]由于線陣相機行中心投影的特殊性，線陣影像的核線幾何關(guān)系比框幅式影像復雜。Kim等人基于共線方程嚴密幾何模型推導了線陣影像核線方程，但是該公式形式復雜，且為非線性形式，難以實際應用。Habib等人研究了速度與姿態(tài)為常量時的衛(wèi)星線陣影像核線幾何關(guān)系。Morgan等人利用平行投影模型對衛(wèi)星影像核線重采樣方法進行了研究。張祖勛利用擬合法研究了 SPOT系列影像的近似核線排列。鞏丹超研究了基于有理函數(shù)模型的線陣CCD影像水平糾正方法。胡芬采用線性模型簡化了同名核曲線，提出了一種實用的衛(wèi)星影像近似核線重采樣快速算法，并提出了基于物方投影基準面生成近似核線影像的方法。張永軍提出了一種基于有理多項式系數(shù)與物方經(jīng)緯度的線陣衛(wèi)星影像近似核線重采樣方法。在分析線陣影像核線幾何關(guān)系時，通常對傳感器模型進行簡化或進行某種近似處理，如Kim等人將位置與姿態(tài)表示為二階多項式形式，Habib等人的核線幾何分析建立在速度與姿態(tài)保持基本不變的前提下，顯然，這些核線幾何模型的適用性有限?？梢姡€陣推掃式影像的核線理論并未成熟，也未形成統(tǒng)一、通用的核線幾何公式或者核線理論模型，因此高精度、高效地生成線陣核線影像仍然值得深入研究。
[0004]江萬壽提出了一種基于高程基準面的衛(wèi)星立體影像像對近似核線生成方法，但是該方法基于透視變換建立核線影像與原始影像的坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系，而本發(fā)明是基于共線條件方程的嚴密幾何變換模型，理論更為嚴密，精度更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于嚴密幾何模型的火星表面線陣影像核線重采樣方法，以高精度、高效地生產(chǎn)線陣核線影像。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于嚴密幾何模型的火星表面線陣影像核線重采樣方法步驟如下:
[0007](I)獲取火星表面線陣相機拍攝位置、姿態(tài)相關(guān)參數(shù)，基于共線條件方程構(gòu)建影像嚴格幾何模型；
[0008](2)基于嚴密幾何模型，利用投影軌跡法計算左影像上的像點坐標在原始右影像上的核線、右影像上的像點對應的左影像上的核線；
[0009](3)設(shè)定平均高程面作為投影面，利用嚴格幾何模型將線陣立體影像進行微分糾正獲取水平影像；
[0010](4)將原始影像核線上的離散點轉(zhuǎn)換至水平影像上，計算核線在水平影像上的幾何關(guān)系并確定核線方向；
[0011](5)在水平影像上沿核線方向進行核線重采樣，獲取近似核線影像。
[0012]進一步的，所述步驟(1)中立體相機拍攝位置、姿態(tài)相關(guān)參數(shù)包括相機焦距、像元大小、像元檢校坐標、相機位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)。
[0013]進一步的，所述步驟(1)中立體相機影像嚴格幾何模型為
[0014]
【權(quán)利要求】
1.火星表面線陣影像核線重采樣方法，其特征在于，該方法的步驟如下: (1)獲取火星表面線陣相機拍攝位置、姿態(tài)相關(guān)參數(shù)，基于共線條件方程構(gòu)建影像嚴格幾何模型； (2)基于嚴密幾何模型，利用投影軌跡法計算左影像上的像點坐標在原始右影像上的核線、右影像上的像點對應的左影像上的核線； (3)設(shè)定平均高程面作為投影面，利用嚴格幾何模型將線陣立體影像進行微分糾正獲取水平影像； (4)將原始影像核線上的離散點轉(zhuǎn)換至水平影像上，計算核線在水平影像上的幾何關(guān)系并確定核線方向； (5)在水平影像上沿核線方向進行核線重采樣，獲取近似核線影像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火星表面線陣影像核線重采樣方法，其特征在于，所述步驟(I)中立體相機拍攝位置、姿態(tài)相關(guān)參 數(shù)包括相機焦距、像元大小、像元檢校坐標、相機位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火星表面線陣影像核線重采樣方法，其特征在于:所述步驟(I)中立體相機影像嚴格幾何模型為
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的火星表面線陣影像核線重采樣方法，其特征在于，所述步驟(3)中基于共線條件方程的嚴密幾何模型建立水平影像與立體影像之間的坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系，再利用地面點反投影法建立同名像點的核線幾何關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的火星表面線陣影像核線重采樣方法，其特征在于，所述地面點反投影法中地面點對應的最佳掃描行搜索過程如下:(11)獲取線陣影像嚴密幾何定位模型所需的各掃描行時間、外方位元素、相機焦距、線陣列CCD探元位置參數(shù)；(12)計算線陣影像各掃描行的投影面方程；(13)根據(jù)相機投影中心以及各掃描行的投影面方程計算各掃描行投影面間的距離Di, Di用于對地面點P的最鄰近掃描行進行快速估計；(14)先判斷地面點與第一條掃描行投影面的距離屯，1=1，若Cli大于兩個掃描行投影面間的距離Di,i=l，則利用Ii=Cli/!^式對掃描行增量n進行估計；(15)迭代判斷地面點與第i條掃描行投影面的距離，直到CliOi并轉(zhuǎn)至第(16)步；(16)利用與P最鄰近的掃描行精確內(nèi)插出最佳
【文檔編號】G01C11/02GK103630120SQ201310298748
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】徐青, 耿迅, 邢帥, 藍朝楨, 侯一凡, 李建勝, 周楊, 孫偉, 王棟, 李鵬程 申請人:中國人民解放軍信息工程大學