[发明专利]一种基于极坐标参数化的航空摄影测量光束法平差的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空摄影测量中空中三角测量的方法，特别是关于一种基于极坐标参数化的航空摄影测量光束法平差的方法。

背景技术

光束法区域网平差是摄影测量所遵循的原理准则，是大地测量和数字化产品生产的前提。空中三角测量在现实生活的许多方面都有着广泛应用，主要用途：1、为立体测绘地形图、制作影像平面图和正射影像图提供高精度定向控制点和内外方位元素；2、取代大地测量方法，进行三、四等或等外三角测量的点位测量；3、用于在地籍摄影测量，以测定大范围内界址点的国家统一坐标；4、计算大范围区域的海量地面坐标，用于生产数字高程模型（DEM）和正射影像图等数字地图产品。

但是，目前经典摄影测量中光束法区域网平差模型存在着平差结果对初始值选取高度依赖即初始值设置严格、收敛速度慢和收敛性差的瓶颈问题。现有方法是以直角坐标系的XYZ参数化表示的共线方程为平差基础方程，这种表达方式在一定意义上造成了上述问题的存在，光束法区域网平差模型需对非线性共线方程进行线性化，将高维非线性问题转化成线性问题，最后使用Gauss-Newton和Levenberg-Marquardt方法进行全局平差。非线性问题线性化过程需提供一个初始值，初始值的准确性直接影响着平差结果的收敛性和收敛速度，在求解上述基于直角坐标系下的共线方程时对初始值的设置非常严格，不合理的初始值不仅导致收敛速度慢，甚至在平差结果中造成不收敛甚至收敛不到全局最优。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种在松限制条件选取初始值的前提下，光束法区域网平差模型的平差结果快速、高效收敛的基于极坐标参数化的航空摄影测量光束法平差的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于极坐标参数化的航空摄影测量光束法平差的方法，包括以下步骤：1）通过航空拍摄测量区域得到一系列图像，提取并匹配测量区域所有图像的特征点；2）基于极坐标参数化表达特征点；3）建立基于极坐标参数化的光束法平差的观测方程；4）基于极坐标参数化的观测方程进行区域网平差。

所述步骤1）提取并匹配测量区域所有图像的特征点，包括以下步骤：①对图像进行自动色调调整，增加图像对比度；②估算每相邻两幅图像的重叠区域；③在步骤②估算的重叠区域的基础上，对每相邻两幅图像的重叠区域分别进行分块，并对分块后的图像分别进行SIFT特征点提取和匹配，且将分块匹配后的特征点统一转到图像坐标系的原点，使坐标系统一化；④采用多层随机抽样一致性算法去除步骤③中匹配的特征点集中的粗差点；⑤采用Hash表数据结构构建所有特征点的空间关系，得到同名像点。

所述步骤2）基于极坐标参数化表达特征点，包括以下步骤：①确定每个特征点的主相机点t_m和副相机点t_a；②确定主相机所拍摄的特征点在此图像上的观测向量③结合副相机点t_a确定极坐标形式下的深度信息ρ_j；④结合主相机点和副相机点，空间三维特征点F_j采用方位角高程角θ_j和极坐标形式下的深度信息ρ_j表达为：

所述步骤3）建立基于极坐标参数化的光束法平差的观测方程，包括以下步骤：①计算特征点F_j到主相机点方向的向量表达u_jm；②计算特征点F_j到任意其它相机P_i中心的向量表达③根据小孔成像原理，建立基于极坐标参数化的平差观测方程。

所述步骤4）基于极坐标参数化的观测方程进行区域网平差，包括以下步骤：①计算松限制条件下的特征点和相机姿态的初始值；②利用极坐标参数法的光束法区域网平差进行整体平差，获取相机位姿和特征点在局部坐标系下的状态向量；③绝对定向，选用少量控制点把平差后得到的局部坐标系转换到全局坐标系；④精度评定，使用重投影误差和实际精度评价最小二乘平差精度和可靠性。

所述步骤①计算松限制条件下的特征点和相机姿态的初始值，包括以下步骤；a）相邻两幅图像相对定向，构建两幅图像的单模型；b）将单模型连接成航带模型；c）根据构成的航带模型，利用小孔成像模型求解相机姿态的初始值，并利用相机姿态的初始值通过基于极坐标参数化的观测方程求解特征点的初始值。