顧及曝光不同步的無(wú)人機(jī)gps輔助光束法平差方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種顧及曝光不同步的無(wú)人 機(jī)GPS輔助光束法平差方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)無(wú)人機(jī)作為一種新型的遙感平臺(tái)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。低空無(wú)人航攝平臺(tái) (以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)人機(jī)）因具有成本低、靈活機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、無(wú)須機(jī)場(chǎng)起降、能在陰云天氣攝影、可在 低空獲取高分辨率數(shù)字影像等優(yōu)點(diǎn)，在城市勘測(cè)、考古研究、應(yīng)急響應(yīng)等領(lǐng)域應(yīng)用得越來(lái)越 廣泛（魯恒等，2011;Laliberte AS et al.，2009,2010)。但其采用小像幅非量測(cè)相機(jī)進(jìn)行 拍攝（姬淵等，2008;0〇1^1~1(^116 1(6丨31.，2009;劉鵬等，2010)，導(dǎo)致空三解算需要更多 控制點(diǎn)來(lái)保證精度，大大的增加了外業(yè)工作量。GPS輔助光束法平差是解決該問(wèn)題的一條 有效途徑，傳統(tǒng)GPS輔助光束法平差依賴(lài)于價(jià)格高昂的GPS/P0S系統(tǒng)（李學(xué)友，2005;Skog I et al.，2006)，該裝置配備有專(zhuān)業(yè)曝光同步設(shè)備，獲取同步信息經(jīng)后處理可準(zhǔn)確地得到 曝光時(shí)刻像位中心的GPS坐標(biāo)（李軍正等，2006;Dahai G et al.，2006)。無(wú)人機(jī)由于其體 積小載重輕、成本低，一般配備導(dǎo)航型GPS，沒(méi)有搭載曝光同步裝置。因此，一般無(wú)人機(jī)拍攝 時(shí)記錄的相機(jī)曝光時(shí)刻與實(shí)際相機(jī)曝光時(shí)刻之間存在延遲（Grenzd6nTcrG et al.，2008; Choi Ket al.，2008;林宗堅(jiān)等，2010;林宗堅(jiān)，2011)。
[0003] 現(xiàn)有的GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差模型沒(méi)有顧及到該曝光延遲誤差，導(dǎo)致實(shí)際平 差結(jié)果精度比理論估值低，無(wú)法保證最終平差結(jié)果的精度，很大程度上限制了無(wú)人機(jī)載平 臺(tái)在高精度量測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0004] 針對(duì)以擴(kuò)展模型方式在光束法平差模型中融入曝光延遲，傳統(tǒng)方法消除GPS相位 中心和相機(jī)曝光中心的幾何偏移，是在平差模型中附加一固定的偏移參數(shù)，通過(guò)平差來(lái)補(bǔ) 償由曝光延遲造成的距離偏差。由于飛機(jī)在曝光時(shí)刻瞬時(shí)速度和瞬時(shí)方向均不相同，受其 影響曝光延遲導(dǎo)致的距離偏差也各不相同，因此傳統(tǒng)方法消除相位中心和相機(jī)曝光中心的 幾何偏移方式并不合理。
[0005] 文南犬"Anintegratedbundleadjustmentapproachtorangecamera geometricself-calibration"中DerekD.Lichti等針對(duì)距離相機(jī)系統(tǒng)的自檢校研究了 一種新方法，通過(guò)擴(kuò)展自由網(wǎng)平差數(shù)學(xué)模型，融入了系統(tǒng)誤差的改正模型，自動(dòng)估算出傳 統(tǒng)的相機(jī)檢校參數(shù)和測(cè)距儀的系統(tǒng)誤差參數(shù)（DerekD.Lichtietal.，2010)。文獻(xiàn)"A bundleadjustmentapproachwithinnerconstraintsforthescaledorthographic projection"中KeithF.Blonquist等在處理正射投影的光束法平差時(shí)，顧及了內(nèi)部的 地面約束條件，通過(guò)擴(kuò)展傳統(tǒng)的光束法平差模型來(lái)加入基于線性代數(shù)方程的正射投影內(nèi) 部約束模型，解決了長(zhǎng)焦距、窄視野求解時(shí)由于參數(shù)之間線性相關(guān)引起的求解不穩(wěn)定的 問(wèn)題（KeithF.Blonquistetal.，2011)。文獻(xiàn)"BundleAdjustmentWithRational PolynomialCameraModelsBasedonGenericMethod" 中ZhenXiong等針對(duì)有理多項(xiàng) 式相機(jī)模型能夠描述物方與像方間的變換關(guān)系并能變換像片數(shù)據(jù)使其服從地圖投影規(guī)律 的特點(diǎn)，通過(guò)融合基于有理多項(xiàng)式的相機(jī)模型來(lái)擴(kuò)展光束法平差模型，優(yōu)化了一般有理多 項(xiàng)式相機(jī)模型由于參數(shù)過(guò)多且不具有物理含義所帶來(lái)的求解難的問(wèn)題（ZhenXionget al. , 2011)〇
[0006] 上述文獻(xiàn)中提出的方法均是針對(duì)光束法平差模型進(jìn)行擴(kuò)展，從而求解攝影測(cè)量中 各類(lèi)未知參數(shù)，而并未有提出將曝光延遲作為附加的參數(shù)引入平差系統(tǒng)當(dāng)中，建立擴(kuò)展的 GPS輔助光束法平差模型來(lái)補(bǔ)償曝光延遲系統(tǒng)誤差的影響。
[0007] 文獻(xiàn)"Precision and Reliability of GPS-Coordinates of Projection Centres in Real Aerial Triangulations"中J.Ziobro等提出由空三后的外方位線元素 與投影中心觀測(cè)值確定GPS漂移單元的方法，但沒(méi)有將該過(guò)程融入到光束法平差中，仍需 要人工參與手動(dòng)劃分單元。
[0008] 文中涉及如下參考文獻(xiàn)：
[0009] [1]BL0NQUIST K F, PACK R T. A bundle adjustment approach with inner constraints for the scaled orthographic projection[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2011, 66(6):919~926.
[0010] [2]LICHTIDD,KIM C, JAMTSH0 S. An integrated bundle adjustment approach to range camera geometric self-calibration[J].ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2010, 65(4):360-368.
[0011] [3]ZI0BR0 J. Precision and Reliability of GPS-Coordinates of Projection Centres in Real Aerial Triangulations[J]. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Informations Sciences, 2008,37:21-24.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明將GPS數(shù)據(jù)中存在的曝光延遲納入無(wú)人機(jī)GPS 輔助光束法平差模型，從而提出了一種顧及曝光不同步的無(wú)人機(jī)GPS輔助光束法平差方 法。
[0013] 本發(fā)明思路如下：
[0014] 將GPS軌跡趨勢(shì)約束納入到光束法平差過(guò)程，通過(guò)對(duì)飛行器軌跡的局部曲線擬合 確定出曝光記錄時(shí)刻飛行器的速度矢量，綜合考慮曝光延遲時(shí)間和速度矢量獲得曝光延遲 時(shí)間內(nèi)飛行器的位移，從而建立曝光延遲模型。將曝光延遲作為附加參數(shù)引入到GPS輔助 光束法平差模型中，建立擴(kuò)展的GPS輔助光束法平差模型。
[0015] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0016] 一種顧及曝光不同步的無(wú)人機(jī)GPS輔助光束法平差方法，包括：
[0017] 結(jié)合GPS系統(tǒng)誤差模型、以及攝站點(diǎn)與GPS中心的位置關(guān)系，獲得反映實(shí)際曝光時(shí) 刻和曝光記錄時(shí)刻的攝站點(diǎn)位置關(guān)系的曝光延遲模型；
[0018] 以曝光記錄時(shí)刻的攝站點(diǎn)位置為GPS觀測(cè)值，以曝光延遲模型為誤差方程，構(gòu)建 光束法平差模型；
[0019] 劃分平差單元，采用光束法平差模型對(duì)無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行平差處理；
[0020] 上述，GPS系統(tǒng)誤差模型，
分別為實(shí)際曝光時(shí) 刻和曝光記錄時(shí)刻的GPS位置，[為曝光記錄時(shí)刻飛行器速度矢量，At為曝光延遲時(shí)間； 當(dāng)前曝光記錄時(shí)刻飛行器的速度矢量根據(jù)飛行器的模擬軌跡獲得。
[0021] 上述光束法平差模型為：
[0022]
u
[0023] 其中，w表示比例系數(shù)；v 表示像點(diǎn)坐標(biāo)；R和RT分別表示影像外方位角元素 ~；ri 「1' 對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣及其轉(zhuǎn)置矩陣；f表示像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物方坐標(biāo)；r表示gps觀測(cè)值； L厶」 F表示曝光記錄時(shí)刻的飛行器速度矢量；At表示曝光延遲時(shí)間，爲(wèi) 表示GPS中心 ./'f Z.(\ 在像空間坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。