一种利用数字基高比时间模型的高程定位精度提升方法技术

本发明专利技术公开了一种利用数字基高比时间模型的高程定位精度提升方法，包括：首先，利用数字基高比时间模型建立立体测图的交会影像数N与高程定位精度MZ的关联模型；第二，根据交会影像数N与高程定位精度MZ的关联模型构建相机阵列系统；第三，将相机阵列系统搭载在飞机平台上对地面拍照，获取影像序列；第四，采用多基线影像编组方法对影像序列进行立体测图，解求地面点三维坐标。本发明专利技术利用数字基高比时间模型构建相机阵列系统，从而提高航空立体测图高程定位精度的方法，能够便捷地获取90％重叠度及以上的立体像对，显著提高影像获取的效率，冗余观测值能够提高地面点三维坐标计算的精度，尤其是高程定位精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及摄影测量与遥感
，尤其涉及一种利用数字基高比时间模型的高程定位精度提升方法。
技术介绍
航空摄影测量是指在飞机上用航摄仪器对地面连续拍摄像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测图等步骤，从而绘制出地形图的过程。基高比是摄影测量中的一个重要参数，定义为摄影基线与航高之比。基高比参数越大，立体测图的高程定位精度越高。在连续拍摄像片的步骤中，目前主要有两种方法：一种是单基线摄影测量方法，相邻两张像片(立体像对)的重叠度设为60％左右，立体像对的基高比参数较大，因此有利于地表三维信息的提取。然而，这种方法获取的两张影像之间存在较大的辐射和几何畸变，在地形起伏较大的地区影像的畸变更加严重，不利于影像的自动匹配。为了解决这个问题，近年来国内外学者提出了另一种方法，即多基线摄影测量方法。这种方法获取的立体像对具有80％及以上的重叠度，相邻的两幅影像摄影基线短、交会角小，可用于自动匹配，而首尾的影像摄影基线长、交会角大，基高比参数也较大，因此能够提高立体测图的高程定位精度。然而，大重叠度影像的获取需要飞机低速飞行、相机高速曝光，对相机硬件的要求极高，若使用普通数码相机改造的航空摄影相机难以获得高质量的影像。因此，对飞机平台和相机硬件的严格要求限制了该方法的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用数字基高比时间模型构建相机阵列系统，从而提高航空立体测图高程定位精度的方法，该方法可以提高航空影像的获取效率，解决多基线摄影测量中使用普通数码相机改造的航空摄影相机难以获取高质量、大重叠度立体像对的问题，并且本方法可以获取多组冗余立体像对，有效提高立体测图的高程定位精度。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种利用数字基高比时间模型的高程定位精度提升方法，包括：1)利用数字基高比时间模型建立立体测图的交会影像数N与高程定位精度MZ的关联模型；2)根据交会影像数N与高程定位精度MZ的关联模型构建相机阵列系统；3)将相机阵列系统搭载在飞机平台上对地面拍照，获取影像序列；4)采用多基线影像编组方法对影像序列进行立体测图，解求地面点三维坐标。所述步骤1)中，利用数字基高比时间模型建立立体测图的交会影像数N与高程定位精度MZ的关联模型，具体包括：①经典摄影测量中基高比R的计算公式为：式中，B为摄影基线的长度，H为航高。在本专利技术中，因为B＝v·T＝v·N·t，因此，可以建立数字基高比时间模型，为了与经典摄影测量中的基高比R区分，我们用数字基高比R'表示。R′=v·TH=v·N·tH---(1)]]>式中，H为航高，v为飞机平台的飞行速度，T表示交会影像的拍摄时间间隔，它等于交会影像数N与相邻摄站时间间隔t的乘积。②根据数字基高比时间模型R'和高程定位精度MZ的关系，建立交会影像数N与高程定位精度MZ的关联模型。由于MZ＝MXY/R'，因此将式(1)代入可得MZ=MXY·Hv·N·t---(2)]]>式中，MZ为立体测图的高程值与真实值的中误差，表示立体测图的高程定位精度；MXY为立体测图的水平值与真实值的中误差，表示立体测图的水平定位精度，在相机的地面分辨率确定的情况下，可以视为常数。所述步骤2)中，根据交会影像数N与高程定位精度MZ的关联模型构建相机阵列系统具体包括：①在现有的立体测图高程定位精度MZ1基础上，设计本次立体测图的高程定位精度MZ2，使得MZ2＜MZ1；MZ2的最小值受到客观条件的限制，一般情况下，MZ2的取值不能小于也就是说，当交会影像数N达到8时，即使再增加N，MZ2也不能再减小了。②根据航空摄影作业的MXY、H、v和t，计算交会影像数N；③根据交会影像数N，确定相机阵列系统所包含的相机个数为N/2；④将N/2台相机沿直线排列并固连，形成一个相机阵列系统。每个相机的主光轴平行，并都垂直下视。通过同步曝光控制，使得所有相机可在同一时刻获取N/2张影像。通过调整相机镜头焦点之间的距离L，使得这N/2张影像之间具有90％及以上的重叠度qx。其中，lx为相机CCD航向尺寸，f为相机焦距。所述步骤2)中，所述相机为数码相机改造的航摄相机，改造的内容包括：镜头加固、相机内方位元素标定，所述数码相机的型号包括：佳能5D、哈苏3D、尼康D2。所述步骤3)中，所述影像序列的组内重叠度为90％以上，组间重叠度为60％。所述步骤3)中，将相机阵列系统搭载在飞机平台上对地面拍照，获取影像序列，具体包括：按照等时间间隔拍照的方案，采用相机阵列系统在第1个摄站同时获取N/2张影像，在第2个摄站同时获取N/2张影像，……在第M个摄站同时获取N/2张影像。因此，相邻两个摄站共获取N张影像。相邻两个摄站之间的影像重叠度设为60％。所述步骤4)中，采用多基线影像编组方法对影像序列进行立体测图，解求地面点三维坐标，具体包括：①影像编组。令第1个摄站获得的N/2张影像的编号分别为：1-1、1-2……1-N/2，令第2个摄站获得的N/2张影像的编号分别为：2-1、2-2……2-N/2。将1-1和2-1构成一组立体像对，将1-2和2-2构成一组立体像对，……，将1-N/2和2-N/2构成一组立体像对。共获得N/2组立体像对；②利用立体像对计算地面点的坐标值。利用1-1和2-1构成一组立体像对，按照立体测图的流程，先后进行空间后方交会、前方交会，获得地面点的一组坐标值(X1，Y1，Z1)。按照上述过程，分别处理1-2和2-2构成的一组立体像对，……1-N/2和2-N/2构成的一组立体像对，共获得N/2组坐标值。3将N/2组坐标值取平均，获得最终的地面点坐标值其中，Y‾=Σi=1N/2Yi/N/2,]]>Z‾=Σi=1N/2Zi/N/2.]]>本专利技术的技术方案具有以下优点：1、由于采用相机阵列系统获取影像，因此每次拍摄得到的影像张数可以从原来的1张增加至现在的多张，提高了影像获取的效率；2、相机阵列系统能够便捷地获取90％重叠度及以上的立体像对，避免了常规数字航摄相机难以获取大重叠度影像的问题；而且，使用普通数码相机改造的航空摄影相机为了获取大重叠度的影像，必须采用高速曝光，但是高速曝光会降低影像的曝光量，降低影像质量。而采用本专利技术的方案会避免上述问题；3、采用相机阵列系统获取的立体像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用数字基高比时间模型的高程定位精度提升方法，其特征在于，包括：1)利用数字基高比时间模型建立立体测图的交会影像数N与高程定位精度MZ的关联模型；2)根据交会影像数N与高程定位精度MZ的关联模型构建相机阵列系统；3)将相机阵列系统搭载在飞机平台上对地面拍照，获取影像序列；4)采用多基线影像编组方法对影像序列进行立体测图，解求地面点三维坐标。

【技术特征摘要】
1.一种利用数字基高比时间模型的高程定位精度提升方法，其特征在于，包括：
1)利用数字基高比时间模型建立立体测图的交会影像数N与高程定位精度MZ的关联
模型；
2)根据交会影像数N与高程定位精度MZ的关联模型构建相机阵列系统；
3)将相机阵列系统搭载在飞机平台上对地面拍照，获取影像序列；
4)采用多基线影像编组方法对影像序列进行立体测图，解求地面点三维坐标。
2.如权利要求1所述的利用数字基高比时间模型的高程定位精度提升方法，其特征在于，步
骤1)具体包括：
①建立数字基高比时间模型R'：
R′=v·TH=v·N·tH---(1)]]>式中，H为航高，v为飞机平台的飞行速度，T表示交会影像的拍摄时间间隔，它等于交会
影像数N与相邻摄站时间间隔t的乘积；
②根据数字基高比时间模型R'和高程定位精度MZ的关系：MZ＝MXY/R'，建立交会
影像数N与高程定位精度MZ的关联模型：
MZ=MXY·Hv·N·t---(2)]]>式中，MZ为立体测图的高程值与真实值的中误差，表示立体测图的高程定位精度；MXY为
立体测图的水平值与真实值的中误差，表示立体测图的水平定位精度。
3.如权利要求2所述的利用数字基高比时间模型的高程定位精度提升方法，其特征在于，步
骤2)具体包括：
①在现有的立体测图高程定位精度MZ1基础上，设计本次立体测图的高程定位精度
MZ2，使得MZ2＜MZ1；
②根据航空摄影作业的MXY、H、v和t，计算交会影像数N；
③根据交会影像数N，确定相机阵列系统所包含的相机个数为N/2；
④将N/2台相机沿直线排列并固连，形成一个相机阵列系统，每个相机的主光轴平行，

\t并都垂直下视；通过同步曝光控制，使得所有相机可在同一时刻获取N/2张影像；通过调整
相机镜头焦点之间的距离L，使得这N/2张影像之间具有90％及以上的重叠度qx，其中，
lx为相机CCD航向尺寸，f为相机焦距。

【专利技术属性】
技术研发人员：晏磊，段依妮，赵红颖，赵汗青，杨鹏，王洪，魏云鹏，孙岩标，刘飒，陈瑞，闫旭，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11