一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施例公开一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置，涉及测量与遥感技术，能够对系统集成误差进行有效校验。所述基于POS设备与数字航测相机的校验方法包括：利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验。本发明专利技术适用于进行外方位元素校验。

A calibration method and device based on POS equipment and digital aerial camera

The embodiment of the invention discloses a calibration method and a device based on a POS device and a digital aerial camera, which involves the measurement and remote sensing technology, and can effectively check the system integration error. The calibration method based on POS equipment and digital aerial camera includes: using the attitude information recorded by the POS device to obtain the initial value of the external azimuth element of the direct location of the image after the conversion, and the external azimuth element is obtained by the monolithic rear intersection method as the true value, and the external azimuth element is solved, and the position attitude based on the POS device is used. The state parameters and the interactive verification method based on the GPS equipment aided the outer azimuth element of the empty three are checked for the acquisition of the multi-sensor data, and the initial values of the outer azimuth elements and the absolute orientation of the control points are directly located by the images, and the inspection points are collected and checked evenly. The invention is suitable for external azimuth calibration.

【技术实现步骤摘要】
一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置本申请是申请日为2016年07月21日、申请号为201610579121.5、专利技术名称为“一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置”的申请的分案申请。
本专利技术涉及测量与遥感技术，尤其涉及一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置。
技术介绍
惯性测量单元(IMU，InertialMeasurementUint)/差分全球定位系统(DGPS，DifferentialGlobalPositioningSystem)辅助航空摄影测量技术在国际上属于新兴技术，随着技术进步和应用实践日益成熟，并逐步应用到航空遥感的各个领域。IMU/DGPS系统已经成为数字航摄仪以及机载激光扫描系统的必备装备。目前，通过在IMU/DGPS系统中加装定位定向系统(POS，PositionandOrientationSystem)设备，形成航空遥感集成系统，可直接测定IMU/DGPS系统的姿态参数，通过对IMU、DGPS数据进行联合处理，可以快速获取测图所需的高精度外方位元素。但该航空遥感集成系统，存在系统误差，其系统误差的来源如下：①IMU/DGPS系统随时间累计的漂移误差；②系统集成误差；③系统时间同步误差；④地球曲率引起的误差；⑤大气折光差。其中，第一项误差属于航空遥感集成系统本身固有的误差，对于航空遥感集成系统的漂移误差，主要是陀螺仪所固有的随机误差，在相应POS数据后处理软件中可通过相应多项式模型予以拟合处理；后两项属于传统摄影测量固有的误差，可直接引用传统摄影测量的研究成果和经验公式；第二项和第三项属于集成系统引进的误差，即在航空遥感集成系统中，由于POS设备与数字航测相机集成而引进的误差，称之为系统集成误差。其中，由三个角元素和三个线元素组成的外方位元素的偏移值(偏心分量)是引起系统集成误差的主要因素。外方位元素是用于描述摄影中心的空间坐标值和姿态的参数，其中，三个线元素用于描述摄影中心的空间坐标值；另外三个角元素用于描述像片的空间姿态。理想情况下，在POS设备辅助航空摄影测量时，IMU一般与数字航测相机紧密固联。IMU本体坐标系与数字航测相机的本体坐标系的对应的轴应该平行，但由于集成安装的原因，将IMU与数字航测相机固联之后，两坐标系的相应轴实际是不可能平行的，相应轴间的夹角称为偏心角，分解在三个方向，形成三个角元素，该偏心角在实际应用中必须检校，并在坐标转换中予以考虑。地球曲率以及数字航测相机内方位元素中焦距的变化引起线元素分量的偏移值。地球曲率的影响表现在摄影测量区域网平差中采用的数学模型的坐标系统与确定区域网绝对空间位置的控制点坐标系统不一致。航摄条件的变化引起焦距的变化从而使得航空摄影测量地面坐标产生变化。对于系统时间同步误差，由于航摄飞机的飞行速度一般为50～550km/h。由于短时间内，飞行速度不可能发生太大变化，假设线性内插误差是POS观测历元距离的1％。对于飞行速度为600km/h的飞机和输出频率为200Hz的航空遥感集成系统，时间同步误差约为0.8cm。因而，对于摄影测量而言，这一数量级完全可以忽略不计。目前，对于POS设备与数字航测相机集成而引进的系统集成误差，还没有有效的校验方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置，能够对系统集成误差进行有效校验。第一方面，本专利技术实施例提供一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法，包括：利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验；利用所求测区的外方位元素安置定向；利用所求测区的外方位元素安置定向包括：利用测区曝光时刻IMU姿态获取验证飞行曝光点的姿态；利用验证的飞行曝光点的姿态以及获取的偏心角元素及偏心线元素，验证飞行影像的外方位元素；利用验证的飞行影像的外方位元素进行DG精度验证；所述利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素包括：通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值；与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距，所述偏心角为在IMU与数字航测相机固联后，两坐标系的相应轴间的夹角；所述偏心距求解按下式：式中，为影像的三个外方位元素；为IMU中心与相机中心的矢量分别在X轴、Y轴以及Z轴方向的投影，即X轴偏心距、Y轴偏心距以及Z轴偏心距，式中，为XS的均值；通过组合导航数据处理之后得到；将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素，外方位角元素的计算公式如下：式中，为地心坐标系到地面辅助坐标系的旋转矩阵；为导航坐标系到地心坐标系的选择矩阵；为IMU本体坐标系到导航坐标系的旋转矩阵；为像空间坐标系到航摄仪本体坐标系的旋转矩阵；为偏心角组成的旋转矩阵；通过解算数据和已有的固有关系得到。结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，所述通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值包括：在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值；所述在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值包括：对影像进行处理，获取测区满足要求的影像；对获取的影像进行单片后方交会；获取像点坐标；利用空三加密求解影像，获取检校飞行影像的外方位元素真值。结合第一方面，在第一方面的第二种实施方式中，所述与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距包括：对获取的POS数据进行处理，解算出数字航测相机的曝光时间，制作成Mark文件导入组合导航后处理软件，利用所述组合导航后处理软件获取测区曝光时刻IMU姿态、IMU中心的西安80坐标；获取地面辅助坐标系中央原点的经纬度；构建误差方程式，求解偏心角的最佳估计；所述求解偏心角的最佳估计包括：利用测区曝光时刻IMU姿态获取检校曝光点的姿态；获取检校控制点坐标；依据所述检校曝光点的姿态、检校控制点坐标以及外方位元素真值，获取偏心角元素及偏心线元素。结合第一方面，在第一方面的第三种实施方式中，所述将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素包括：将求解得到的偏心角的最佳估计代入预先设置的公式，结合POS数据求解测区所需要的外方位角元素；利用组合导航输出的位置参数与外方位线元素真值之间的关系解求偏心距和偏心角；将求解的偏心角偏心距用来改正所求测区POS数据，获取所求测区的外方位元素。第二方面，本专利技术实施例提供一种基于POS设备与数字航测相机的校验装置，包括：外方位元素解算模块、检核模块、校验模块以及安置定向模块，其中，外方位元素解算模块，用于利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法，其特征在于，包括：利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验；利用所求测区的外方位元素安置定向；利用所求测区的外方位元素安置定向包括：利用测区曝光时刻IMU姿态获取验证飞行曝光点的姿态；利用验证的飞行曝光点的姿态以及获取的偏心角元素及偏心线元素，验证飞行影像的外方位元素；利用验证的飞行影像的外方位元素进行DG精度验证；所述利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素包括：通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值；与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距，所述偏心角为在IMU与数字航测相机固联后，两坐标系的相应轴间的夹角；所述偏心距求解按下式：...

【技术特征摘要】
1.一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法，其特征在于，包括：利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验；利用所求测区的外方位元素安置定向；利用所求测区的外方位元素安置定向包括：利用测区曝光时刻IMU姿态获取验证飞行曝光点的姿态；利用验证的飞行曝光点的姿态以及获取的偏心角元素及偏心线元素，验证飞行影像的外方位元素；利用验证的飞行影像的外方位元素进行DG精度验证；所述利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素包括：通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值；与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距，所述偏心角为在IMU与数字航测相机固联后，两坐标系的相应轴间的夹角；所述偏心距求解按下式：式中，为影像的三个外方位元素；为IMU中心与相机中心的矢量分别在X轴、Y轴以及Z轴方向的投影，即X轴偏心距、Y轴偏心距以及Z轴偏心距，式中，为XS的均值；通过组合导航数据处理之后得到；将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素，外方位角元素的计算公式如下：式中，为地心坐标系到地面辅助坐标系的旋转矩阵；为导航坐标系到地心坐标系的选择矩阵；为IMU本体坐标系到导航坐标系的旋转矩阵；为像空间坐标系到航摄仪本体坐标系的旋转矩阵；为偏心角组成的旋转矩阵；通过解算数据和已有的固有关系得到。2.根据权利要求1所述的基于POS设备与数字航测相机的校验方法，其特征在于，所述通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值包括：在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值；所述在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值包括：对影像进行处理，获取测区满足要求的影像；对获取的影像进行单片后方交会；获取像点坐标；利用空三加密求解影像，获取检校飞行影像的外方位元素真值。3.根据权利要求1所述的基于POS设备与数字航测相机的校验方法，其特征在于，所述与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距包括：对获取的POS数据进行处理，解算出数字航测相机的曝光时间，制作成Mark文件导入组合导航后处理软件，利用所述组合导航后处理软件获取测区曝光时刻IMU姿态、IMU中心的西安80坐标；获取地面辅助坐标系中央原点的经纬度；构建误差方程式，求解偏心角的最佳估计；所述求解偏心角的最佳估计包括：利用测区曝光时刻IMU姿态获取检校曝光点的姿态；获取检校控制点坐标；依据所述检校曝光点的姿态、检校控制点坐标以及外方位元素真值，获取偏心角元素及偏心线元素。4.根据权利要求1所述的基于POS设备与数字航测相机的校验方法，其特征在于，所述将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素包括：将求解得到的偏心角的最佳估计代入预先设置的公式，结合POS数据求解测区所需要的外方位角元素；利用组合导航输出的位置参数与外方位线元素真值之间的关系解求偏心距和偏心角；将求解的偏心角偏心距用来改正所求测区POS数据，获取所求测区的外方位元素。5.一种基于POS设备与数字航测相机的校验装置，其特征在于，包括：外方位元素解算模块、检核模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军杰，王超，焦禄霄，张鹏飞，王丽媛，杨保，杨春，秦江涛，
申请(专利权)人：河南城建学院，河南四维远见信息技术有限公司，河南省科学院地理研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41