[发明专利]面向定标面阵相机影像的位姿高精度直接估计方法

说明书

本发明提出一种面向定标面阵相机影像的位姿高精度直接估计方法，属于计算机视觉及摄影测量技术领域，本发明选择凸包点中三角形面积最大的三个像点对应的物方点作为基点组，获得影像深度和平移向量，再将影像位姿估计转化为由向量求旋转矩阵问题，采用Procrustes方法完成旋转矩阵的高精度估计；本发明在方法复杂程度(直接估计)和解算精度上相比当前主流方法有很大的改进，当前正值我国在航空航天、地理空间信息技术取得快速发展的新阶段，将本发明方法应用到航空(含低空)遥感测绘或航天遥感器空间定位测姿领域都有很好的发展前景，将有力提升本领域姿态估计技术的核心竞争力，理论价值大且经济效益可观。

技术领域

本发明属于计算机视觉及摄影测量技术领域，具体涉及一种面向定标面阵相机影像的位姿高精度直接估计方法。

背景技术

影像位姿估计是计算机视觉及摄影测量学研究领域中的重要方向，贯穿整个航空航天测绘整个学科，研究精度高、速度快的影像位姿估计方法具有十分重要的价值。姿态估计常常采用迭代解法和直接解法两种方法。迭代解法在摄影测量领域有广泛应用，其解算精度高、具有很好的几何意义，解算的结果准确度比较均匀，是一种严密的方法，但其缺点是运算量大，并且需要位姿初值。在没有初值的情况下，直接解法可以直接求解位姿参数，主要指直接线性变换(DLT)法，它是建立像点坐标和同名物方点坐标之间直接线性关系，并采用最小二乘方法获得最小代数误差解，由于不需要外方位元素的初始近似值，如近景非量测数码影像或无人机影像处理，具有解算速度快等优点，但同时具有解算精度不高并且参数没有明确几何意义的缺点，该方法作为迭代方法姿态初始值，在计算机视觉领域有较多的应用。因此，学者开始研究对传统方法进行改进，武汉大学学报公开的利用二维DLT及光束法平差进行数字摄像机标定技术将二维DLT初值经解析后得到标定参数初值，再利用光束法平差予以精化，取得了很好的效果。计算机视觉领域对于相机姿态估计的文献也比较多，FIORE和LEPETIT提出的两种有效的线性解算姿态的方法，其中LEPETIT提出的EPnP算法得到了较高的评价，并在后期全景图像姿态估计上获得不断改进，这些算法基于复杂的高等代数理论，对研究者基础要求高，导致技术不易开发；另外，还有学者将影像位姿参数求解转化为立体几何边角关系，此算法实现也较为复杂且有一定适用范围。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种面向定标面阵相机影像的位姿高精度直接估计方法，以达到提高姿态参数估计精度目的。

一种面向定标面阵相机影像的位姿高精度直接估计方法，包括以下步骤：

步骤1、测定一组高等级物方点坐标，采用定标相机获取含有上述物方点的影像；

步骤2、选择影像数据中物方点对应的凸包像点参与影像位姿估计；

步骤3、采用坐标量测仪获得影像中物方点对应的像点坐标；

步骤4、在步骤2中选择凸包点中三角形面积最大的三个像点对应的物方点作为基点组，获得影像深度和平移向量；

步骤5、在步骤4的基础上，将影像位姿估计转化为由向量求旋转矩阵问题，采用Procrustes方法完成旋转矩阵的高精度估计；

步骤6、根据估计获得的旋转矩阵和平移向量获得影像外方位线元素，根据估计获得的旋转矩阵获得影像外方位角元素；

步骤7、完成影像的位姿估计。

步骤4所述的在步骤2选择的凸包点中三角形面积最大的三个像点所对应的物方点作为基点组，获得影像深度和平移向量，具体步骤如下：

步骤4-1、根据物方点和像点之间的解析关系，转换为矩阵形式；

所述的物方点和像点之间的关系，具体公式如下：