专利名称：线阵ccd光学与sar影像联合区域网平差定位方法
技术领域：
本发明属于摄影测量与遥感技术，图像处理领域，特别是涉及摄影测量领域中的一种针对线阵CXD光学与SAR遥感影像联合区域网平差定位方法。
背景技术：
在立体摄影测量技术中完成影像定向需要在每幅影像上选择尽可能多且分布均匀的控制点，这是一项非常繁琐的工作。摄影测量中的区域网平差是解决这一问题的重要手段，其通过对同一区域的多幅影像进行联合处理，利用少量的控制点即可实现所有影像的定向并同时获得更加密集的控制点。区域网平差是摄影测量中的一项重要工作，是生成大范围DEM的必要工序。在“复合式”像对立体定位方法中，SAR影像的定向精度往往不高，其主要原因就是控制点的量测很困难且精度不高，而采用不同类型遥感影像进行联合区域网平差的方法， 则可以尽可能地减少SAR影像上控制点的数量，而利用精度较高的光学影像上的控制点来计算SAR影像的定向参数，同时获得较高精度的地面点坐标。早在模拟摄影测量阶段，人们已经在全能型立体测图仪上对航空像片进行空中三角测量。在二十世纪60年代，由于计算机的诞生而发展了解析空中三角测量。二十世纪60-70年代，解析空中三角测量被应用于雷达航空影像，成功实现了对云层遮盖地区的测图，但精度较低。传统区域网平差的研究对象主要是同一种传感器获取的影像，而对于多源遥感影像联合区域网平差的研究则很少得到关注。Young-Ran Lee (Young-Ran Lee, 2003)采用改进的共线条件方程，对Landsat-7、K0MPSAT-1、SPOT-1、IKONOS等光学卫星影像进行了联合区域网平差试验，在5个控制点、10个连接点和10个检查点的情况下，获得平面 2. 76m,高程 3. Im 的精度。Thierry Toutin (Thierry Toutin, 2004)尝试了将多种光学和SAR卫星遥感影像联立进行光束法区域网平差，其使用了 Landsat-7ETM+、SP0T-4HRV、 ASTER、RADARSAT-1、ERS-I五颗卫星共49幅影像进行了实验，取得了 25_30m的定位精度。 他在 2006 年(Thierry Toutin, 2006)又对 SP0T-5HRS、SP0T-5HRG、IK0N0S、Quick Bird 等影像进行了多星多传感器遥感影像的联合区域网平差试验，获得平面2. 54m、高程2. Im的精度。但上述研究主要是实验验证了多源遥感影像联合区域网平差思想的可行性，并未提出相关的方法、模型。国内目前尚未见相关技术的研究成果。

发明内容
本发明遥感影像联合区域网平差定位方法的目的是将不同传感器或平台获取的同一区域的遥感影像组合起来进行平差计算，以获得所有影像的外定向参数与加密点的地面坐标。线阵CXD光学与SAR影像联合区域网平差定位方法，步骤如下1)对于同一区域两幅及两幅以上线阵CCD光学和/或SAR遥感图像，任意选择两幅或两幅以上像片；2)每幅像片使用其各自的控制点，根据每幅像片对应的构像模型，通过空间后方交会确定每幅像片的外方位元素初值，然后由选择的所有像片通过前方交会确定所有加密点地面坐标的初值；3)将步骤2)得到的各加密点地面坐标、各像片的外方位元素的初值带入各像片分别对应的构像模型，得到加密点在各像片上对应像点的坐标；4)根据加密点和控制点所在像片类型的构像模型，建立加密点和控制点的误差方程式并进行解算，得到各像片的外方位元素和加密点的地面坐标的近似值；5)重复3)—4)，直到连续两次得到的各像片的外方位元素改正数和加密点地面坐标改正数小于设定的限差；6)采用多片前方交会，计算未参加区域网平差各点的地面坐标，实现定位。所述线阵CXD光学影像采用线中心投影构像模型；所述SAR影像采用F. Leberl构像模型。步骤4)包括根据所述两构像模型的联合区域网平差模型建立误差方程式和相应的权矩阵，接着按照最小二乘原理对误差方程进行法化答解。步骤4)中，如果是线阵CCD 光学影像，增加伪观测值误差方程式。本发明是针对线阵CXD光学与SAR遥感影像联合区域网平差方法，实现方案是首先进行区域网概算，设定每张影像的外定向参数和加密点坐标的初值，然后根据联合区域网平差模型建立误差方程式和相应的权矩阵，接着按照最小二乘原理对误差方程进行法化答解，得到每张影像的外定向参数，最后利用多片前方交会计算加密点的地面坐标。SAR影像的定向精度往往不高，其主要原因就是控制点的量测很困难且精度不高。 而采用不同类型遥感影像进行联合区域网平差的方法，则可以尽可能地减少SAR影像上控制点的数量，而利用精度较高的光学影像上的控制点来计算SAR影像的定向参数，同时获得较高精度的地面点坐标。本发明遥感影像联合区域网平差定位方法能够有效减少摄影测量作业中所需地面控制点的数量，并能够同时将影像的外定向参数和加密点坐标一起解算出来，可以有效提高影像间的相对精度，并得到更多分布均匀的地面控制点。相比传统的区域网平差方法具有更广泛的适用性；以线中心投影模型和F. Leberl模型为基础构建了联合区域网平差模型，相比采用统一近似构像模型的方法具有更高的精度和可靠性；能够有效减少摄影测量作业中所需地面控制点的数量，并能够同时将影像的外定向参数和加密点坐标一起解算出来；能够有效提高影像间的相对定向精度，并得到更多分布均匀的地面控制点。


图I线阵CXD的物像关系；图2SAR传感器距离条件示意图；图3SAR传感器多普勒条件示意图；图4线阵CXD光学与SAR遥感影像联合区域网平差方法的流程图；图5四幅卫星影像对应区域及控制点分布示意图；图6-图16为(I)到(11)所有方案的影像覆盖范围以及控制点、加密点的分布示意图。(图5、图6中‘Δ’表示SP0T-5影像上的控制点，‘ ▽，表示SP0T-4影像上的控制点，
表示Radarsat-I影像上的控制点，‘ + ’表示ERS-2影像上的控制点，‘0’表示加密点)
具体实施例方式本发明是一种基于多种传感器构像模型的“复合式”像对立体定位方法，其核心内 容是联合区域网平差模型，它是在线阵CCD光学影像和SAR影像平差模型的基础上建立起 来的。1、两种平差模型(i)线阵cra光学影像的平差模型线阵03)影像通常采用线中心投影模型，是因为它是由线阵列传感器沿飞行方向 推扫而成的，每一扫描行图像与被摄物体之间具有严格的中心投影关系，每一扫描行都具 有各自的外方位元素。但在平台飞行过程中，其姿态变化可认为是相当平稳的，所以可以 假设每景影像的像平面坐标原点为中央扫描行的中点，每一扫描行的外方位元素随y值变 化，则外方位元素可描述为
权利要求
1.线阵CXD光学与SAR影像联合区域网平差定位方法，其特征在于，步骤如下1)对于同一区域两幅及两幅以上线阵CCD光学和/或SAR遥感图像，任意选择两幅或两幅以上像片；2)每幅像片使用其各自的控制点，根据每幅像片对应的构像模型，通过空间后方交会确定每幅像片的外方位元素初值，然后由选择的所有像片通过前方交会确定所有加密点地面坐标的初值；3)将步骤2)得到的各加密点地面坐标、各像片的外方位元素的初值带入各像片分别对应的构像模型，得到加密点在各像片上对应像点的坐标；4)根据加密点和控制点所在像片类型的构像模型，建立加密点和控制点的误差方程式并进行解算，得到各像片的外方位元素和加密点的地面坐标的近似值；5)重复3)—4)，直到连续两次得到的各像片的外方位元素改正数和加密点地面坐标改正数小于设定的限差；6)采用多片前方交会，计算未参加区域网平差各点的地面坐标，实现定位。
2.根据权利要求I所述的线阵CCD光学与SAR影像联合区域网平差定位方法，其特征在于，所述线阵CCD光学影像采用线中心投影构像模型；所述SAR影像采用F. Leberl构像模型。
3.根据权利要求2所述的线阵CCD光学与SAR影像联合区域网平差定位方法，其特征在于，步骤4)包括根据所述两构像模型的联合区域网平差模型建立误差方程式和相应的权矩阵，接着按照最小二乘原理对误差方程进行法化答解。
4.根据权利要求3所述的线阵CCD光学与SAR影像联合区域网平差定位方法，其特征在于，步骤4)中，如果是线阵CCD光学影像，增加伪观测值误差方程式。
全文摘要
本发明涉及线阵CCD光学与SAR影像联合区域网平差定位方法，本发明是针对线阵CCD光学与SAR遥感影像联合区域网平差方法，实现方案是首先进行区域网概算，设定每张影像的外定向参数和加密点坐标的初值，然后根据联合区域网平差模型建立误差方程式和相应的权矩阵，接着按照最小二乘原理对误差方程进行法化答解，得到每张影像的外定向参数，最后利用多片前方交会计算加密点的地面坐标。本发明遥感影像联合区域网平差定位方法的目的是将不同传感器或平台获取的同一区域的遥感影像组合起来进行平差计算，以获得所有影像的外定向参数与加密点的地面坐标。
文档编号G01S13/90GK102607533SQ20111044965
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者何钰, 余磊, 孙伟, 季晓林, 张衡, 徐青, 李建胜, 王栋, 耿迅, 蓝朝桢, 邢帅, 靳国旺, 马东洋 申请人:中国人民解放军信息工程大学