基于大倾角的角锥体空间后方交会研究

在摄影测量中,当倾角变大时,由于三角函数的多值性和奇异性导致传统的共线条件方程线性化的空间后方交会方法已经不能稳定地求解出摄影瞬间影像的外方位元素。文中通过对传统空间后方交会、基于单位四元素的空间后方交会和文中所用到的基于简化的DLT线性方程求解线元素初值的角锥体法比较发现,在像片倾角逐渐变大,传统方法和四元素法不能正确求解出外方位元素的情况下,基于角锥体法的空间后方交会仍能稳定、准确地求解出像片的外方位元素。     

单应性几何下的后方交会直接解法

传统的后方交会最小二乘解法需要良好的外方位元素初值。在无初值或者初值不够精确的情况下,最小二乘迭代不容易收敛。在近景摄影测量或者计算机视觉等领域,往往不提供良好的初值,无法适用传统的后方交会解法。针对上述情况,本文提出了一种基于单应性矩阵的后方交会直接解法,在不需要初值的情况下,获取外方位元素的直接解。该方法根据单应性矩阵所描述的平面几何关系,利用单应性矩阵内在的约束条件,将后方交会问题转换为一个二元二次方程组的求解问题。该方法受舍入误差影响小,在无偶然误差的情况下,解算精度能达到10–9量级,能够避免传统直接解法计算复杂的问题,为传统的平差迭代解法提供良好的初值。此外,在多个控制点共面的情况下,该方法能够直接获得外方位元素的精确解。实验结果表明:在各种不同倾角拍摄的情况下,该方法均能够获得稳定的外方位元素,为后续的后方交会最小二乘算法提供良好的初值。采用本文方法计算的初值参与平差,能够达到与人工给定初值平差一致的精度,且迭代收敛速度是人工给定初值平差的2倍以上。在控制点共面的情况下,该方法的反投影精度能够达到亚像素级,且精度优于大部分主流的直接解法。     

一种单像外方位元素的稳健估计方法

获取影像外方位元素是摄影测量学一直要解决的问题,传统的单像空间后方交会利用测量控制点来计算外方位元素,但是很多情况下用于计算的数据是包含粗差的,粗差出现的概率约占1%~10%。本文设计了一种稳健的单像空间后方交会计算方法,把控制点坐标作为未知参数对待并线性化共线方程,最终达到了剔除粗差的目标,提高了计算结果的可靠性,可得到控制点及像点坐标的精度评价。     

角锥体解算外方位元素的改进方法

传统的空间后方交会求解外方位元素的方法,主要是利用共线条件方程,由于求解过程中同时求解线元素和角元素,从而忽略了两者之间的相关性。本文采用角锥体原理进行空间后方交会的改进方法,可忽略线元素和角元素之间的相关性,同时利用多余观测条件,对外方位线元素、角元素均进行平差计算,即采用3个以上控制点,利用最小二乘原理,可提高外方位元素的解算精度。本文在已有的相关理论基础上,提出了基于角锥体原理的空间后方交会的改进算法,并采用算例进行验证。     

异轨遥感立体像对外方位元素的求解算法

在对异轨遥感立体像对外方位元素求解的基本模型进行系统阐述的基础上 ,讨论了基于共面条件的后方交会模型改化方法及其和基于共线方程的后方交会模型的融合。给出了外方位元素初值求解的实用算法 ,并利用实测立体像对数据进行了联合平差计算 ,取得了较好的结果     

基于加权整体最小二乘的单像空间后方交会解算

在常规单像空间后方交会的解算过程中,整体最小二乘(TLS)算法在减小地面控制点及观测变量存在的误差方面有较广泛的应用。但在解算不等精度测量时,直接采用TLS算法进行参数估计易出现解失真的情况,因此为提高解算精度,可以为不同观测值定权,进行外方位元素的计算。本文以解算全微分共线方程为研究主线,并引进协因数阵为观测值定权,尝试采用加权整体最小二乘算法(WTLS)对单像空间后方交会进行解算。实验结果表明,本文算法较最小二乘算法与整体最小二乘算法在精度和准确度方面均有较大提高,在单像空间后方交会解算中具有较好的应用前景。     

总体最小二乘方法在空间后方交会中的应用

在空间后方交会的解算过程中,利用共线条件方程式列出误差方程后,针对地面控制点以及像点坐标均存在误差这一特点,引入总体最小二乘(total least squares,TLS)的方法,对系数矩阵A以及观测向量b同时进行改正,计算像片的6个外方位元素,建立更加合理的计算模型,可获得精度更高、更稳定的解。     

依初值与无初值单位四元数空间后方交会的比较

针对传统空间后方交会方法的解算结果受外方位元素初值影响较大的问题,该文分别就航空摄影测量及近景摄影测量不同条件下,采用依初值单位四元数空间后方交会解算与无需初值单位四元数空间后方交会解算进行对比分析。实验表明,航空摄影测量条件时,在小倾角情况下,两种方法所得检查像点的点位精度相当;当倾角较大时,依初值解算所得检查像点的总体点位精度高于无需初值解算所得精度;特大倾角时,依初值解算得不到正确结果,而无需初值解算仍有很好适应性。在近景摄影测量条件下,无初值解算有广泛的适应性,且所得的检查像点的总体点位精度高于依初值解算所得精度。     

一种基于四元数的空间后方交会全局收敛算法

结合四元数在摄影测量中的良好应用,提出一种基于四元数的空间后方交会全局收敛算法。该算法利用四元数描述影像姿态,采用绝对定向和正交投影两种变换来代替中心投影的共线条件方程,再利用非线性方程直接迭代的方法进行求解,从而无需进行线性化,最后从理论上对算法的全局收敛性进行了证明。试验结果表明该算法正确可靠,对外方位元素初值没有要求,真正做到无初值依赖空间后方交会,具有很好的稳定性和适应性。     

GPS辅助空中三角测量在永城大比例尺测绘中的应用

一、引言 传统航摄技术无法获取像片的外方位元素,只能依靠野外像片控制测量获取大量的地面控制点,再通过空中三角测量获得内业测图所需的加密点及外方位元素数据。但随着空间先进技术在航空摄影测量领域的应用,     

两步解法用于求解线阵CCD影像外方位元素

在线阵CCD影像外方位元素的求解过程中,外方位元素之间的相关性,导致法方程病态,最小二乘估计值误差较大。本文在分析以往解决方法的基础上,提出采用两步解法求解线阵CCD影像的外方位元素。该算法的实质是选择一个比单位矩阵更合适的正则化矩阵。试验结果表明该算法能有效地克服线阵CCD影像外方位元素间的相关性,定位精度较高,定向点精度在1个像素内,检查点精度在1.5个像素内。     

基于单位四元数的空间后方交会解算

介绍四元数的概念及运算性质,提出基于单位四元数的空间后方交会解算方法并给出计算公式。该方法利用单位四元数表示旋转,根据最小二乘原理,通过矩阵运算先求出单位四元数解析解,再获取旋转矩阵,得到角元素值;最后求出撮站点的坐标。此法不需提供外方位元素初始值,并且推导过程中不涉及共线条件方程的线性化。通过算例证明方法的正确性与可靠性。     

基于“嫦娥”卫星三线阵CCD立体相机的月球表面三维建模

＂嫦娥＂卫星三线阵CCD立体相机是实现月表地形观测的重要荷载,其以前、正、后视3种视角对月表进行连续扫描,获得南、北纬70°范围内3种不同倾角的二维推扫影像。在无月面控制点、卫星位置和姿态数据的条件下,基于数字摄影测量理论提出一种建立月表三维模型的方法：通过影像匹配获得前、正、后视二维推扫影像中的立体像对的像点坐标,在此基础上结合用准控制点后方交会解得的嫦娥卫星的空间位置和姿态数据,通过前方交会的方法解算出像元对应月面点的月球表面数字高程模型（DEM）径向高度数据,进而得到月表高程拟合模型、等高线分布图等,实现月表三维模型的建立。     

基于激光扫描和高分辨率影像的文物三维重建

提出一种新的激光扫描点云与数字影像结合的文物三维重建方法。利用格网板进行数码相机的标定获取影像的内方位元素;利用激光扫描数据,建立三角网物体表面模型;利用人工选取控制点,进行单片空间后方交会,获取影像的外方位元素;将三维表面模型投影到影像对象,利用影像匹配在现有的三角网内部继续通过影像匹配增加同名点,从而进行三角网的细分加密;最后通过OpenGL纹理映射建立带有逼真纹理的物体三维表面模型。     

数字相机在类似棋盘检校场中的检校方法研究

针对众多非量测单相机的检校方法,通过分析数码相机的误差来源,并考虑相机的内、外方位元素和物镜光学畸变等因素引起的误差,提出一种基于类似棋盘检校场的数字相机检校方法。利用共线方程和二维DLT之间的关系导出了由二维DLT的9个参数表达的主纵线方程,构建同形矩阵,通过不同摄站拍摄目标的多幅影像,求得内、外方位元素的初始值,并由多张影像的空间后方交会求出相机需要检校参数,再由假设检验来检验相机系统参数的显著性。经实例分析表明,利用改进后的方法求解参数的精度满足实际需求,且效率更高。     

岭-压缩组合估计在线阵推扫式影像外定向中的应用

针对线阵推扫式影像外定向中存在的法方程病态问题,提出了采用岭压缩组合估计进行解算,能提高定向精度,并分析了该算法的优点和应用方法。实验证明,该算法性能优异,精度很高。     

旋转矩阵表达方法对相机检校的影响

在大倾角像片的相机检校中,经典共线方程是采用欧拉角（妒,纠,Ⅳ）描述旋转矩阵的,该方法受限于无法获取位置与姿态的初始值,结果可能导致迭代不收敛。共线方程中的旋转矩阵还可以直接利用方向余弦或单位四元数来描述,相机检校时可以无需依赖位置与姿态的初始值。在相同实验数据、初始值和收敛条件的实验中,直接利用方向余弦描述旋转矩阵的方法明显优于单位四元数方法,主要体现在收敛情况和计算结果接近欧拉角方法两个方面。建议在非量测相机检校时,最好选用直接利用方向余弦描述旋转矩阵的共线方程方法。