基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法和装置，涉及双介质摄影领域。本发明专利技术提供的基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法，采用水边线点的潮汐瞬时水位对入射点的瞬时水位值进行了优化，使得最终得到的目标物点的三维坐标更为精准，具体的，其先使用水边线点对应的潮汐瞬时水位对格网点的瞬时水位值进行了优化，并进一步使用优化后的格网点瞬时水位，采用加权平均的方式计算出了入射点的瞬时水位值，最终使用入射点瞬时水位值和预先获取的入射点所在光线的入射角计算目标物点的三维坐标。由于水边线点的数值是相对准确的，因此，通过修正和加权平均的方式，最终所求得的目标物点的三维坐标的精度也相对提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双介质摄影领域，具体而言，涉及基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法和装置。
技术介绍
航空摄影(aerialphotography)，又称航拍，是指在飞机或其他航空飞行器上利用航空摄影机摄取地面景物像片的技术。按像片倾斜角分类(像片倾斜角是航空摄影机主光轴与通过透镜中心的地面铅垂线(主垂线)间的夹角)，可将摄影方式分为垂直摄影和倾斜摄影。从摄影介质的角度来看，航空摄影中主要分为两大类，一类是对地面上的景物进行拍摄的单介质摄影，另一类是对水中景物进行拍摄的双介质摄影。双介质摄影是被摄物体与摄影机处于不同介质中的摄影测量方法。双介质摄影测量的成像光线必定穿过两个不同的介质(如空气和水)，这就使摄影测量处理时需要考虑或像光线在介质分界处的折光问题。当摄影机置于空中向水中摄影，水面就是两介质的分界面；若用摄影机在水下摄影，则摄影机物镜的主平面就是两介质的分界面。双介质摄影测量多用于测绘海底地形和研究水中物体。基于双介质摄影，可以利用被摄目标在两种不同介质中的几何关系来确定水下物点三维位置坐标。随着遥感技术的发展，利用海水可见光遥感反射率、高光谱遥感辐射亮度进行水深测量的卫星遥感技术逐步发展成熟，但这种技术只能在水色清澈的海域进行，同时，高分辨率航空遥感影像在远离大陆的海域获取困难，在数据处理时跨海高程传递方面存在困难。在双介质摄影测量方面，相关研究仅推导出了双介质摄影测量的相对定向和绝对定向r>的基本公式，采用模拟数据进行实验，没有实际数据进行验证，其基本公式的可靠性也就难以确定。我国海域岛礁具有水下礁盘面积大的特点，其露出水面部分面积远小于水下礁盘面积，海礁测绘的难题就是解决礁盘水下礁盘地形测绘的技术。传统的船基水深测量，受岛礁远离大陆难以到达、敏感海区无法靠近、岛礁近岸水深较浅船舶易搁浅等因素影响，难以实施；对于通用航空激光测深技术，测量装备昂贵，受敏感海区空域限制、远离大陆海域受飞行平台续航能力限制，难以实施。目前，美国海洋测量局于20世纪90年代就开始了近岸、海岛礁、浅滩等周边海域的航空摄影水下地形探测和水深测量工作，在当时的航空摄影技术和成像条件下，浅海水深测量深度可达到5.5m，透明水域能达到20m。国内外水下地形测量测量技术主要包括船载RTKGPS+多波束数字测深技术、机载激光测深技术和遥感水深反演测深技术。但现有技术中针对远离大陆的岛礁水下地形测量具有一定的缺点。1，船载RTKGPS+多波束数字测深技术该技术通过发射一束波束，接收多个窄的波束来形成多波束测深信号，从而获知水下地形的信息。它具有测深点多、测量方式灵活、测量精度高等优点。多波束系统与双频接收机结合可提高坐标定位和水下测深的效率和精度，RTK多波束测深系统是发展较为成熟的系统，最大测深为200-12000米，测深精度一般可以达到毫米级，但是多波束数字测深仪要借助于载体船，就远海礁盘测量应用而言，远离大陆礁盘难以到达，敏感海域无法靠近，也就无法实施。2，机载激光测深技术以大飞机作为激光探测仪器的载体，利用蓝绿光较易穿透海水而红外光不易穿透海水的特点，通过专门的扫描装置同时对海面测高和对海底测深，结合定位和姿态控制，经数据处理与分析来测量浅水海域海底地形，机载激光测深系统对清澈海底的最大探测深度为50-70m，对浑浊水体的探测深度相对较低，测深精度可达到0.3-1m。由于机载激光测深仪只能搭载在大飞机上获取，受敏感海域及航程限制无法全部覆盖远海岛礁，此种技术同样难以获得敏感海域的基础数据。(3)遥感反演测深技术利用多光谱或高光谱遥感影像中所反应的部分光谱信息和部分实测水深拟合出水深反演模型，根据不同测量区域实际情况将相应的参数和相应的光谱信息，提取未知区域的水深值。遥感反演测深的精度与水体的深度、清澈度有关，水体越清澈可探测的水深就越深：测深精度一般在1-3m左右，探测深度在30m以内；当水体非常清澈时可探测到40m以内，而水体较为混浊时则只有10-20m。遥感反演测深技术在大面积数据获取方面有一定的优势，但遥感反演模型需要实测水深数据的参与，并且不同地区所需参数和模型不同，加之远海大部分礁盘数据无法获得实测水深数据，因此很难开展应用。相关技术中，已有根据水下物点的成像机理推导出水下物点三维坐标的公式(公式中包括分别计算水下物点X、Y、Z三个方向上的坐标数值)，水下物点三维坐标公式中很重要的一个参数便是入射角(入射光线与入射表面法线的夹角)，相关技术中的水下物点三维坐标公式，没有充分的考虑到具体的海况，进而导致计算精度较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法和装置，以提高采用双介质摄影手段来获取水下物点位置的准确度。第一方面，本专利技术实施例提供了基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法，包括：对目标影像进行格网化，以生成多个格网点，多个格网点均在目标影像的范围内；根据目标影像所在区域的水边线点对应的潮汐瞬时水位和每个格网点的待优化瞬时水位值，生成每个格网点的优化瞬时水位值；根据与像点坐标的位置符合要求的指定格网点的优化瞬时水位值，采用距离加权内插的方式，计算入射点的瞬时水位值；根据入射点瞬时水位值和预先获取的入射点所在光线的入射角计算目标物点的三维坐标。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：查找多个格网点中，与入射点的距离符合预设要求的三个目标格网点；采用距离加权的方式，根据三个目标格网点各自的坐标值，计算三个目标格网点顺序连接所形成的三角形每个边沿的法向量；根据三角形每个边沿的法向量，计算三角形所在离散面的法向量；根据三角形所在离散面的法向量，计算入射点所在光线的入射角。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，步骤对目标影像进行格网化，以生成多个格网点包括：获取目标测区内的多张目标影像和每张目标影像所对应的拍摄时间、风向和海况；根据拍摄时间、风向和海况分别对每张目标影像进行格网化，以生成每个目标影像的格网点。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，步骤根据与像点坐标的位置符合要求的指定格网点的优化瞬时水位值，采用距离加权内插的方式，计算入射点的瞬时水位值包括：根据目标影像上指定的多个格网点的优化瞬时水位值，生成目标影像平均瞬时水位值；根据目标影像平均瞬时水位值和预先获取入射点所对应的像本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法，其特征在于，包括：对目标影像进行格网化，以生成多个格网点，所述多个格网点均在所述目标影像的范围内；根据所述目标影像所在区域的水边线点对应的潮汐瞬时水位和每个格网点的待优化瞬时水位值，生成所述每个所述格网点的优化瞬时水位值；根据与所述像点坐标的位置符合要求的指定格网点的优化瞬时水位值，采用距离加权内插的方式，计算所述入射点的瞬时水位值；根据所述入射点瞬时水位值和预先获取的所述入射点所在光线的入射角计算所述目标物点的三维坐标。

【技术特征摘要】
1.基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法，其特征在于，包括：
对目标影像进行格网化，以生成多个格网点，所述多个格网点均在所述目标影像的范
围内；
根据所述目标影像所在区域的水边线点对应的潮汐瞬时水位和每个格网点的待优化
瞬时水位值，生成所述每个所述格网点的优化瞬时水位值；
根据与所述像点坐标的位置符合要求的指定格网点的优化瞬时水位值，采用距离加权
内插的方式，计算所述入射点的瞬时水位值；
根据所述入射点瞬时水位值和预先获取的所述入射点所在光线的入射角计算所述目
标物点的三维坐标。
2.根据权利要求1所述的基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法，其特征在于，
还包括：
查找所述多个格网点中，与所述入射点的距离符合预设要求的三个目标格网点；
采用距离加权的方式，根据所述三个目标格网点各自的坐标值，计算所述三个目标格
网点顺序连接所形成的三角形每个边沿的法向量；
根据所述三角形每个边沿的法向量，计算所述三角形所在离散面的法向量；
根据所述三角形所在离散面的法向量，计算所述入射点所在光线的入射角。
3.根据权利要求1所述的基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法，其特征在于，
所述步骤对目标影像进行格网化，以生成多个格网点包括：
获取目标测区内的多张目标影像和每张目标影像所对应的拍摄时间、风向和海况；
根据所述拍摄时间、风向和海况分别对每张目标影像进行格网化，以生成每个目标影
像的格网点。
4.根据权利要求1所述的基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法，其特征在于，
所述步骤根据与所述像点坐标的位置符合要求的指定格网点的优化瞬时水位值，采用距离
加权内插的方式，计算所述入射点的瞬时水位值包括：
根据所述目标影像上指定的多个格网点的优化瞬时水位值，生成目标影像平均瞬时水
位值；
根据目标影像平均瞬时水位值和预先获取入射点所对应的像点坐标，计算入射点所在
的初始平面位置；
根据入射点所在的初始平面位置，计算所述参考格网点与所述入射点之间的距离；
根据每个参考格网点的优化瞬时水位值，和每个所述参考格网点与所述入射点之间的
距离，采用距离加权内插的方式计算入射点的瞬时水位值，所述参考格网点是所述多个格
网点中，与入射点距离小于预设阈值的点。
5.根据权利要求4所述的基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法，其特征在于，
所述步骤根据所述目标影像所在区域的水边线点对应的潮汐瞬时水位和每个格网点的待
优化瞬时水位值，生成所述每个所述格网点的优化瞬时水位值包括：
按照如下公式计算高程差的平均值，
Δ h ‾ = Σ j = 1 N ( Z s j - Z s j c ) / N ; ]]>其中，所述为高程差的平均值，Zsj为采用立体环境量测方式获得的所述目标影像所
在区域的水边线点的高程值；为利用卫星测高数据解算出的所述目标影像所在区域的
水边线点对应的潮汐瞬时水位；N为所述目标影像所在区域的水边线点的数量；
根据高程差的平均值对每个格网点的待优化瞬时水位值进行更新，以生成所述优化瞬
时水位值。
6.根据权利要求5所述的基于双介质摄影技术的水下物点坐标确定方法，其特征在于，
所述步骤根据目标影像平均瞬时水位值和预先获取入射点所对应的像点坐标，计算入射点
所在的初始平面位置包括：
按照如下公式计算入射点所在的初始平面位置，
X 0 = X S - ( Z S - Z ‾ j g ) g u w Y 0 = Y S - ( Z S - Z ‾ j g ) g u w ; ]]>其中， u v w = a 1 a 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李英成，周高伟，薛艳丽，范凤云，白洁，
申请(专利权)人：中测新图北京遥感技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11