[发明专利]基于严密几何模型的火星表面线阵影像核线重采样方法

说明书

技术领域

本发明涉及火星表面高分辨率立体相机影像核线重采样方法。

背景技术

火星是太阳系内最有可能发现生命痕迹的行星，科学家甚至梦想人类有一天能够移居火星。通过火星全球勘测者MGS、火星快车MEX、火星侦察轨道器MRO等轨道探测器以及勇气号、机遇号、凤凰号、好奇号等火星着陆探测器任务的成功执行，人类对火星已经有了全新的认识。火星地形测绘是开展火星研究的基础，获取高分辨率火星地形数据也是着陆器安全着陆的前提。利用摄影测量方法对火星表面立体影像数据进行处理仍然是当前获取火星地形数据的主要方法。欧空局2003年发射的火星快车(MarsExpress，MEX)探测器搭载了专用于火星地形测绘的高分辨率立体线阵相机HRSC，通过对HRSC影像进行摄影测量处理可以获取火星全球高分辨率地形数据。HRSC影像摄影测量数据处理的核心问题之一是线阵影像的高精度、快速、密集匹配，利用核线几何约束是解决这一问题的有效方法。

由于线阵相机行中心投影的特殊性，线阵影像的核线几何关系比框幅式影像复杂。Kim等人基于共线方程严密几何模型推导了线阵影像核线方程，但是该公式形式复杂，且为非线性形式，难以实际应用。Habib等人研究了速度与姿态为常量时的卫星线阵影像核线几何关系。Morgan等人利用平行投影模型对卫星影像核线重采样方法进行了研究。张祖勋利用拟合法研究了SPOT系列影像的近似核线排列。巩丹超研究了基于有理函数模型的线阵CCD影像水平纠正方法。胡芬采用线性模型简化了同名核曲线，提出了一种实用的卫星影像近似核线重采样快速算法，并提出了基于物方投影基准面生成近似核线影像的方法。张永军提出了一种基于有理多项式系数与物方经纬度的线阵卫星影像近似核线重采样方法。在分析线阵影像核线几何关系时，通常对传感器模型进行简化或进行某种近似处理，如Kim等人将位置与姿态表示为二阶多项式形式，Habib等人的核线几何分析建立在速度与姿态保持基本不变的前提下，显然，这些核线几何模型的适用性有限。可见，线阵推扫式影像的核线理论并未成熟，也未形成统一、通用的核线几何公式或者核线理论模型，因此高精度、高效地生成线阵核线影像仍然值得深入研究。

江万寿提出了一种基于高程基准面的卫星立体影像像对近似核线生成方法，但是该方法基于透视变换建立核线影像与原始影像的坐标转换关系，而本发明是基于共线条件方程的严密几何变换模型，理论更为严密，精度更高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于严密几何模型的火星表面线阵影像核线重采样方法，以高精度、高效地生产线阵核线影像。

为实现上述目的，本发明的基于严密几何模型的火星表面线阵影像核线重采样方法步骤如下：

（1）获取火星表面线阵相机拍摄位置、姿态相关参数，基于共线条件方程构建影像严格几何模型；

（2）基于严密几何模型，利用投影轨迹法计算左影像上的像点坐标在原始右影像上的核线、右影像上的像点对应的左影像上的核线；

（3）设定平均高程面作为投影面，利用严格几何模型将线阵立体影像进行微分纠正获取水平影像；

（4）将原始影像核线上的离散点转换至水平影像上，计算核线在水平影像上的几何关系并确定核线方向；

（5）在水平影像上沿核线方向进行核线重采样，获取近似核线影像。

进一步的，所述步骤（1）中立体相机拍摄位置、姿态相关参数包括相机焦距、像元大小、像元检校坐标、相机位置、姿态数据。

进一步的，所述步骤（1）中立体相机影像严格几何模型为