[发明专利]一种卫星图像立体交会角的计算方法

摘要

本发明属于空间对地观测技术领域，具体公开了一种卫星图像立体交会角的计算方法，其步骤：A、通过人工量测或者卫星图像自动匹配的方法获取卫星图像立体像对同名点的像点坐标。B、利用卫星图像同名点坐标，进行基于RFM模型的区域网平差方法，实现RPC参数的优化。C、通过投影轨迹法，计算同名点投影到不同高程投影面上的物方点所对应的空间直角坐标，完成同名光线的空间重建。D、利用重建同名光线的方向矢量，计算同名光线立体交会角。本发明适用于任何相互重叠卫星图像构成的立体模型立体交会角的计算，无需地面控制点，可用于立体模型测图精度评估，具有显著的经济和社会效益。

主权项

1.一种卫星图像立体交会角的计算方法，其特征在于，步骤如下：第1步：卫星图像同名点图像坐标获取，采用如下两种方法之一：1)人工量测：人工判读出卫星图像间具有相同影像特征的点，并利用量测工具准确获取同名点真实图像坐标(sample,line)；或2)自动匹配：利用卫星图像自动匹配软件获取同名点图像坐标，并进行检查，删除错误匹配点，最终获取卫星图像同名点真实图像坐标(sample,line)；第2步：卫星图像RPC参数优化利用所获取的同名点真实图像坐标，通过RFM模型区域网平差的方法，对RPC参数进行优化，从而实现同名光线对对相交；对于卫星图像有理函数模型，图像坐标(x,y)表示为以对应地面点大地坐标(La,tLon,Heigh)t为自变量的多项式的比值，即：式中，为图像坐标(x,y)的规格化坐标，P,L,H为地面点大地坐标(Lat,Lon,Height)的规格化坐标，p_i(P,L,H)(i＝1,2,3,4)一般为三次有理函数多项式，其系数称为RPC参数；和P,L,H分别通过对图像坐标(x,y)和地面点大地坐标(Lat,Lon,Height)进行平移和缩放后得到，其变换关系为：式中，LAT_SACLE,LON_SCALE,HEIGHT_SCALE表示物方大地坐标规格化缩放参数，LAT_OFF,LON_OFF,HEIGHT_OFF表示物方大地坐标规格化平移参数，SAMP_SCALE,LINE_SCALE表示像方坐标规格化缩放参数，SAMP_OFF,LINE_OFF表示像方坐标规格化平移参数；由于卫星图像自带的RPC参数存在系统误差，利用公式(1)、(2)计算得到的图像坐标(x,y)和真实图像坐标(sample,line)存在差异，采用像方仿射变换模型对其进行校正，从而建立地面点大地坐标(Lat,Lon,Height)和真实图像坐标(sample,line)间精确的空间几何关系，其表达式为：式中，为图像仿射变换系数，的缺省值为1，其他系数缺省值均为0；令对每个同名点的像点坐标，以其所在卫星图像对应的仿射变换系数和该点对应的物方坐标为未知数，对公式(3)线性化，可以建立基于RFM模型区域网平差的误差方程：V＝At+Bx‑L,P                 (4)式中，式中，为F_x对地面点大地坐标的偏导数，为F_y对地面点大地坐标的偏导数，dLat、dLon、dHeight为同名点对应地面点大地坐标的改正数，为F_x对图像仿射变换系数的偏导数，为F_y对图像仿射变换系数的偏导数，为图像仿射变换系数的改正数，F_x0、F_y0为未知参数取近似值时F_x、F_y的计算值，v_x、v_y为F_x、F_y虚拟观测值的改正数；利用最小二乘平差原理，计算出每张卫星图像的像方仿射变换系数，从而完成RPC参数的优化；第3步：卫星图像同名光线空间重建采用投影轨迹法实现，点(x₁,y₁)和点(x₂,y₂)是一个同名点对，首先，以测区平均高程为中心建立不同的高程平面其中ΔZ的取值可任意；在优化PRC参数后，通过点(x₁,y₁)和点(x₂,y₂)可以确定两条同名光线L₁、L₂，同名光线L₁、L₂分别与两个高程平面相交于点(X₁,Y₁,Z₁)、(X₂,Y₂,Z₂)和(X₃,Y₃,Z₃)、(X₄,Y₄,Z₄)；通过这四个交点，实现同名光线的空间重建；四个交点坐标的计算方法如下，以交点(X1,Y1,Z1)的坐标计算为例：首先计算交点对应的大地经纬度坐标(Lat,Lon)，根据公式(1)、(3)，将点(x₁,y₁)投影到物方高程面采用公式(6)计算物方点对应的大地经纬度坐标(Lat,Lon)；V＝Bx‑L                     (6)式中，Fx0,Fy0是指未知数Lat、Lon取初始值时的Fx,Fy的计算值，dLat,dLon分别代表Lat、Lon的改正数；通过迭代计算，可计算得到大地经纬度坐标(Lat,Lon)；利用大地测量学中大地坐标系与空间直角坐标系的关系式，可以获得点(x₁,y₁)投影到高程面的物方点在空间直角坐标系中的物方坐标(X₁,Y₁,Z₁)；采用与交点(X1,Y1,Z1)坐标计算相同的方法，计算得到(X2,Y2,Z2)、(X3,Y3,Z3)和(X4,Y4,Z4)，利用坐标(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)、(X3,Y3,Z3)和(X4,Y4,Z4)，分别完成同名光线L1、L2的空间重建；同名光线L1的空间直线方程为：同名光线L2的空间直线方程为：第4步：卫星图像立体交会角计算以同名点对(x₁,y₁)和(x₂,y₂)为例，令则点(x₁,y₁)对应空间直线的方向矢量为点(x₂,y₂)对应空间直线光线的方向矢量为设该同名点对应的立体交会角为θ，则