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。     

利用四元数描述线阵CCD影像的空间后方交会

将四元数理论引入高分辨率线阵CCD影像的空间后方交会解算中,提出了一种利用四元数描述线阵CCD影像的单片空间后方交会方法。该方法利用四元数描述角度旋转矩阵,对严格的共线条件方程进行线性化,并采用正则化的数学方法克服线阵CCD影像外方位元素的相关性。试验证明了本算法的正确性和可靠性。     

一种求解单像空间后方交会的监督学习方法

单像空间后方交会可描述为非线性最小二乘问题,不可导、法方程系数矩阵病态以及陷入局部极值是造成其数值过程不收敛的主要原因。不同地区的控制点空间分布不具相似性,若把同一地区同一组控制点之下数张已知外方位元素的像片看作一个样本集,则在给定每个外方位元素初值的前提下,可通过监督学习方法求取外方位元素的整体下降方向;而对于单像空间后方交会中因前述原因不收敛的情况,则可采用整体下降方向近似解算。以此为出发点,提出一种单像空间后方交会求解的监督学习方法,主要过程是:①训练阶段,利用监督学习过程,对同一测区内不同姿态像片所组成的样本集进行整体外方位元素的求解,得到该测区外方位元素的整体下降方向集合;②测试阶段,对该测区的任意像片,给定外方位元素的初值,直接采用训练阶段得到的整体下降方向集合进行外方位元素的迭代求解。对比试验表明,该方法在数值过程收敛性与初值依赖性上均表现出较强的优势,并能克服欧拉角法因法方程系数矩阵病态而无法收敛的情况。     

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。     

基于角锥体原理的空间后方交会改进算法

在摄影测量中,空间后方交会是一个很重要的概念,通过空间后方交会可以确定像片的外方位元素,从而确定像片在物方空间坐标系中的位置和姿态。本文在文献[1][2]的基础上,对其中部分复杂公式进行改进,得到了表达形式简单,且易于理解和解算的实用公式,并通过实例证明改进算法的正确性。     

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。     

直接利用旋转矩阵进行空间后方交会的原理和方法

空间后方交会是摄影测量学的基本内容,其解算的理论基础是共线条件方程及其线性化。传统的解算方法是直接以6个外方位元素为未知参数,使用泰勒级数展开进行线性化,然后迭代求解。而这里则直接以旋转矩阵为未知数进行迭代求解,这样既可直接解算出旋转矩阵,又避免欧拉角和旋转矩阵相互转换所引起的计算误差和时间耗费。试验结果表明该方法切实可行,求解精度高,而且迭代次数更少、迭代速度更快。     

直接利用旋转矩阵进行空间后方交会的原理和方法

空间后方交会是摄影测量学的基本内容,其解算的理论基础是共线条件方程及其线性化.传统的解算方法是直接以6个外方位元素为未知参数,使用泰勒级数展开进行线性化,然后迭代求解.而这里则直接以旋转矩阵为未知数进行迭代求解,这样既可直接解算出旋转矩阵,又避免欧拉角和旋转矩阵相互转换所引起的计算误差和时间耗费.试验结果表明该方法切实可行,求解精度高,而且迭代次数更少、迭代速度更快.     

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。     

空间直角关系条件的拓展角锥体法影像解析

为实现对建筑物目标近景影像高效的解析,在角锥体法原理基础上提出拓展角锥体法.首先对影像上建筑物的空间直角关系进行分类,并提出空间直角关系理论.应用该方法对空间直角关系条件下影像内、外方位元素等影像参数分步解算.试验表明该方法具有较好解算效果和精度,无需附加控制条件,能够满足城市三维建模及地理信息数据采集的精度要求,适用于控制条件不足的非量测相机摄取的近景影像解析.     

SAR影像窗初始行外方位元素的求解法

本文分析了采用角锥体法确定SAR影像窗外方位元素的局限性,提出了利用星历数据较精确地求解SAR影像窗初始行外方位元素的实用方法,并通过实验证明了该法的正确性。     

线阵卫星遥感影像外方位元素对偶四元数求解法

基于对偶四元数可统一描述位置与姿态的特点,提出了利用对偶四元数求解线阵卫星遥感影像外方位元素的方法。该方法使用对偶四元数的实部描述传感器的姿态,并利用对偶部和实部共同描述成像传感器的位置。通过对位置和姿态的内插建立了基于对偶四元数的外方位元素模型。为减少运算,将球面线性插值进行化简,进而建立了基于线性插值的成像几何模型。为求解外方位元素,首先对共线条件方程进行了线性化,然后通过矩阵微分运算推导了线元素的虚拟观测方程,并根据误差传播定律确定其权值,最终采用具有约束条件的参数平差法求解外方位元素。试验结果表明本文方法正确可靠,与采用欧拉角和单位四元数的外方位元素求解方法相比,有更高的参数解算精度,同时也表明了准确的初值和虚拟观测方程对外方位元素求解的必要性。     

交向摄影光束法平差中未知数初值的解算

用光束法整体平差摄影测量网时，必须妥善解决像片外方位元素以及待定点坐标初始值的求解问题。本文提出了自动逻辑解算多摄站交向摄影测量网中未知数近似值的思想；不同情况下求解像片外方位元素的方法，包括利用部分已知外方位元素的解算方法；以及用空间前方交会解算待定点坐标的实用方法。近似值自动解算程序经过了模拟实验数据和实际数据验算，证明它是可行的；所需地面控制点数少，无需人干预。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于近景摄影测量的Monte-Carlo实验仿真法在水域面积量算中的应用

由于水域面积的边缘是不规则的曲线,因此对于静止的水域边缘的提取是非常有研究价值的。本文是以某段水岸线为例,运用近景摄影测量进行外业数据采集,利用单像后方空间交会的方法获取外方位元素,运用共线方程的反演形式进行坐标的计算,并结合Monte-Carlo随机点法进行精确的水域面积量算。本文旨在尝试利用摄影测量的方式解决静态水面面积量算问题。     

一种倾斜影像外方位元素计算方法

提出一种利用相机POS数据和少量影像数据标定倾斜相机间位置关系并计算倾斜影像粗略外方位元素的方法。首先对选取的垂直和倾斜影像进行影像匹配,获得精确同名点坐标;然后垂直影像同名点对前方交会获得地面点坐标,接着倾斜影像后方交会获得其外方位元素;最后利用倾斜和垂直影像的外方位元素标定子相机间的相对关系,并根据相对关系求出所有倾斜影像的外方位元素。采用AMC580倾斜影像数据进行试验,结果表明:提出方法可求得所有倾斜影像的粗略外方位元素,并验证了外方位元素的直接对地定位精度,证明了该方法的可行性。