顾及曝光不同步的无人机gps辅助光束法平差方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无人机航空摄影测量技术领域，尤其涉及一种顾及曝光不同步的无人 机GPS辅助光束法平差方法。
【背景技术】
[0002] 近年来无人机作为一种新型的遥感平台，应用越来越广泛。低空无人航摄平台 (以下简称无人机）因具有成本低、灵活机动性强、无须机场起降、能在阴云天气摄影、可在 低空获取高分辨率数字影像等优点，在城市勘测、考古研究、应急响应等领域应用得越来越 广泛（鲁恒等，2011;Laliberte AS et al.，2009,2010)。但其采用小像幅非量测相机进行 拍摄（姬渊等，2008;0〇1^1~1(^116 1(6丨31.，2009;刘鹏等，2010)，导致空三解算需要更多 控制点来保证精度，大大的增加了外业工作量。GPS辅助光束法平差是解决该问题的一条 有效途径，传统GPS辅助光束法平差依赖于价格高昂的GPS/P0S系统（李学友，2005;Skog I et al.，2006)，该装置配备有专业曝光同步设备，获取同步信息经后处理可准确地得到 曝光时刻像位中心的GPS坐标（李军正等，2006;Dahai G et al.，2006)。无人机由于其体 积小载重轻、成本低，一般配备导航型GPS，没有搭载曝光同步装置。因此，一般无人机拍摄 时记录的相机曝光时刻与实际相机曝光时刻之间存在延迟（Grenzd6nTcrG et al.，2008; Choi Ket al.，2008;林宗坚等，2010;林宗坚，2011)。
[0003] 现有的GPS辅助光束法区域网平差模型没有顾及到该曝光延迟误差，导致实际平 差结果精度比理论估值低，无法保证最终平差结果的精度，很大程度上限制了无人机载平 台在高精度量测领域的应用。
[0004] 针对以扩展模型方式在光束法平差模型中融入曝光延迟，传统方法消除GPS相位 中心和相机曝光中心的几何偏移，是在平差模型中附加一固定的偏移参数，通过平差来补 偿由曝光延迟造成的距离偏差。由于飞机在曝光时刻瞬时速度和瞬时方向均不相同，受其 影响曝光延迟导致的距离偏差也各不相同，因此传统方法消除相位中心和相机曝光中心的 几何偏移方式并不合理。
[0005] 文南犬"Anintegratedbundleadjustmentapproachtorangecamera geometricself-calibration"中DerekD.Lichti等针对距离相机系统的自检校研究了 一种新方法，通过扩展自由网平差数学模型，融入了系统误差的改正模型，自动估算出传 统的相机检校参数和测距仪的系统误差参数（DerekD.Lichtietal.，2010)。文献"A bundleadjustmentapproachwithinnerconstraintsforthescaledorthographic projection"中KeithF.Blonquist等在处理正射投影的光束法平差时，顾及了内部的 地面约束条件，通过扩展传统的光束法平差模型来加入基于线性代数方程的正射投影内 部约束模型，解决了长焦距、窄视野求解时由于参数之间线性相关引起的求解不稳定的 问题（KeithF.Blonquistetal.，2011)。文献"BundleAdjustmentWithRational PolynomialCameraModelsBasedonGenericMethod" 中ZhenXiong等针对有理多项 式相机模型能够描述物方与像方间的变换关系并能变换像片数据使其服从地图投影规律 的特点，通过融合基于有理多项式的相机模型来扩展光束法平差模型，优化了一般有理多 项式相机模型由于参数过多且不具有物理含义所带来的求解难的问题（ZhenXionget al. , 2011)〇
[0006] 上述文献中提出的方法均是针对光束法平差模型进行扩展，从而求解摄影测量中 各类未知参数，而并未有提出将曝光延迟作为附加的参数引入平差系统当中，建立扩展的 GPS辅助光束法平差模型来补偿曝光延迟系统误差的影响。
[0007] 文献"Precision and Reliability of GPS-Coordinates of Projection Centres in Real Aerial Triangulations"中J.Ziobro等提出由空三后的外方位线元素 与投影中心观测值确定GPS漂移单元的方法，但没有将该过程融入到光束法平差中，仍需 要人工参与手动划分单元。
[0008] 文中涉及如下参考文献：
[0009] [1]BL0NQUIST K F, PACK R T. A bundle adjustment approach with inner constraints for the scaled orthographic projection[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2011, 66(6):919~926.
[0010] [2]LICHTIDD,KIM C, JAMTSH0 S. An integrated bundle adjustment approach to range camera geometric self-calibration[J].ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2010, 65(4):360-368.
[0011] [3]ZI0BR0 J. Precision and Reliability of GPS-Coordinates of Projection Centres in Real Aerial Triangulations[J]. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Informations Sciences, 2008,37:21-24.
【发明内容】
[0012] 针对现有技术存在的不足，本发明将GPS数据中存在的曝光延迟纳入无人机GPS 辅助光束法平差模型，从而提出了一种顾及曝光不同步的无人机GPS辅助光束法平差方 法。
[0013] 本发明思路如下：
[0014] 将GPS轨迹趋势约束纳入到光束法平差过程，通过对飞行器轨迹的局部曲线拟合 确定出曝光记录时刻飞行器的速度矢量，综合考虑曝光延迟时间和速度矢量获得曝光延迟 时间内飞行器的位移，从而建立曝光延迟模型。将曝光延迟作为附加参数引入到GPS辅助 光束法平差模型中，建立扩展的GPS辅助光束法平差模型。
[0015] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0016] 一种顾及曝光不同步的无人机GPS辅助光束法平差方法，包括：
[0017] 结合GPS系统误差模型、以及摄站点与GPS中心的位置关系，获得反映实际曝光时 刻和曝光记录时刻的摄站点位置关系的曝光延迟模型；
[0018] 以曝光记录时刻的摄站点位置为GPS观测值，以曝光延迟模型为误差方程，构建 光束法平差模型；
[0019] 划分平差单元，采用光束法平差模型对无人机影像进行平差处理；
[0020] 上述，GPS系统误差模型，
分别为实际曝光时 刻和曝光记录时刻的GPS位置，[为曝光记录时刻飞行器速度矢量，At为曝光延迟时间； 当前曝光记录时刻飞行器的速度矢量根据飞行器的模拟轨迹获得。
[0021] 上述光束法平差模型为：
[0022]
u
[0023] 其中，w表示比例系数；v 表示像点坐标；R和RT分别表示影像外方位角元素 ~；ri 「1' 对应的旋转矩阵及其转置矩阵；f表示像点对应的物方坐标；r表示gps观测值； L厶」 F表示曝光记录时刻的飞行器速度矢量；At表示曝光延迟时间，爲 表示GPS中心 ./'f Z.(\ 在像空间坐标系下的坐标值。