内视场光学分割型大面阵ccd影像几何拼接方法
【专利摘要】本发明涉及一种内视场光学分割型大面阵CCD航摄相机子影像几何拼接合成方法，利用该方法生成的大幅面数字影像可满足航空摄影测量对高摄影效率和高航测成图精度要求。基本思路是：首先高精度量取各子影像重叠区域同名点影像坐标，并获取由相机厂商提供的子影像基准像点在实际焦面上的位置控制坐标；其次，基于拼接关系模型建立观测方程组；然后，采用最小二乘法平差技术求解各子影像到最终合成影像的拼接参数；最后利用拼接参数对子影像进行变换和重采样，从而完成各子影像到最终合成影像的拼接。实验表明本发明具有很好的可靠性和良好的拼接精度，对于内视场光学分割型数字相机，本发明能够无缝拼接生成高精度无几何错位的大幅面航摄影像。
【专利说明】内视场光学分割型大面阵CCD影像几何拼接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内视场光学分割型大面阵CCD航摄相机的子影像几何拼接合成方法，属于摄影测量与遥感【技术领域】。
【背景技术】
[0002]到目前为止，随着数字航摄相机的兴起，以前使用的胶片型模拟航摄相机已被完全取代。但由于受到CCD制造工艺的限制，单张数字航摄影像的像幅规模始终无法达到原有模拟相机的像面尺寸，这很大程度影响了摄影效率和测图精度等数字航摄相机的具体应用。
[0003]但是在旺盛的应用需求推动下，国内外出现了多种复合型大面阵航摄相机，以解决数字航摄影像像幅规模受限于单个CCD面阵大小的问题，这些复合型相机可分为外视场分割型、内视场分割型两大类。其中外视场分割型相机是利用多个单台中小面阵CCD相机捆绑而成，典型代表有美国Intergraph公司生产的DMC型相机、国家测绘遥感院制造的SWDC相机等；内视场分割型相机包括Microsofot/Vexcel生产的UltraCam相机、南京尖兵遥感信息技术有限公司制造的DMZ相机等，这两种内视场分割型相机也存在构造上的差异，前者是利用多镜头分时摄影模式实现的内视场光学分割，而后者是直接在单个镜头的后节点视场内利用光学半反半透棱镜一次性进行整体分割。内、外视场两大类相机各有优缺点，但此处需要注意的是，内视场光学分割型相机的明显优势是具有良好的拼接精度以及拼接后影像具有良好的量测性能，这对满足后期测图精度要求至关重要。
[0004]本申请正是针对内视场光学分割型这一类相机，提出一种内视场光学分割大面阵CCD影像拼接方法，以解决高精度子影像拼接、高量测性能的大幅面影像复合生成问题，国内外与之相同或相似的大面阵影像合成方法未见出现。
【发明内容】
[0005]本发明需要解决的技术问题是提供一种能够用于内视场分割型航摄相机大幅面影像高精度复合生成方法，利用该方法生成后的大幅面数字影像可满足航空摄影测量对摄影效率和航测成图精度的应用需求。
[0006]本发明提出的内视场分割型航摄相机大幅面影像高精度复合生成方法的基本思路是:首先高精度量取各子影像重叠区域的同名点影像坐标，并获取由相机厂商提供的某个/些子影像基准像点在实际焦面上的位置控制坐标；其次，基于一定的拼接关系模型——如二维等形变换或仿射变换，建立观测方程组；然后，采用最小二乘法平差技术求解各个子影像到最终合成影像的拼接参数；最后利用拼接参数对子影像进行变换和重采样，从而完成各个子影像到最终合成影像的拼接。
[0007]本发明的技术解决方案是:
[0008]内视场光学分割型大面阵CCD影像几何拼接方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤:[0009](I)量取各相邻个子影像重叠区域内同名像点影像坐标，获取相机厂商提供的子影像基准点的焦面位置坐标；
[0010](2)基于拼接关系模型建立观测方程组
[0011 ] 若确立拼接关系模型为二维等形变换，公式为
[0012]X=ax-by+Tx (I)
[0013]Y=ay+bx+TY
[0014]其中，x，y为子影像坐标系坐标，X，Y为拼接后合成影像坐标系坐标。a，b, Tx, Ty为4个变换参数，以此对子影像基准像点和相邻子影像同名像点进行拼接关系设计
[0015].第一种拼接关系设计——关于子影像基准像点
[0016]对于VI号子影像上的基准像点C为有
[0017]
【权利要求】
1.一种内视场光学分割型大面阵CCD影像几何拼接方法，其特征在于:该方法包括以下几个步骤: (1)量取各相邻个子影像重叠区域内同名像点影像坐标，获取相机厂商提供的子影像基准点的焦面位置坐标，定义子影像、同名像点及基准点的编号为:子影像标号编码采用希腊字母(1、I1、III……)，同名点标号编码采用阿拉伯数字(1、2、3……)，基准点标号编码采用英文大写字母(A、B、C……)； (2)基于拼接关系模型建立观测方程组 确立拼接关系模型为二维等形变换，公式为 X=ax-by+Tx (I)
Y=ay+bx+TY 其中，X，y为子影像坐标系坐标，X，Y为拼接后合成影像坐标系坐标，a, b, Tx, Ty为4个变换参数，以此对子影像基准像点和相邻子影像同名像点进行拼接关系设计?第一种拼接关系设计——关于子影像基准像点对于VI号 子影像上的基准像点C有: ~ aVixCvi ~~^nycn r^xn Yc = aViycn + hixCrf + τyη (2) 其中，xCw，为子影像VI上基准点C在其子影像坐标系下的像点坐标，Xc, Yc则为基准点c在焦面上控制点位置的合成后影像坐标，avnbv! JXn JYii为子影像VI的拼接参数，对于其它子影像上的基准点同样都要按上式写出一组对应的拼接关系方程组； ?第二种拼接关系设计——关于相邻子影像同名像点 利用相邻子影像上同名点所对应的合成后影像像点坐标相等这一条件列出拼接关系方程，对于相邻子影像I和子影像II上的同名点I为有: Ci1Xli — + ΤΧi ~ (β-— bny'" + Tx^ ) = 0 a,yit + bIxh + tY1 — (anyhl + bHxI1, + ) = ο ' 对于其它每对相邻子影像，重叠区中出现的每个同名点可按上式写出一组对应的拼接关系方程组，这样，将所有基准点及同名像点所列出对应拼接关系观测方程组进行组合，最后得到的观测方程组矩阵形式为mknX=mL\t (4) 其中，系数矩阵A按照两种拼接关系组建，X为所有子影像的拼接参数，L为由元素O和基准点焦面位置坐标组成的常量矩阵，V为残差向量，m大小为同名点和基准点个数的两倍，η大小为子影像数量的四倍； (3)利用最小二乘法平差技术求解各个子影像到最终合成影像的拼接参数，并给出解算精度 所有观测方程构建完毕后，每张子影像对应的拼接参数(a，b, Tx, Τy)可通过最小二乘平差解求，这些参数确定了所有子影像到合成后影像的几何拼接关系
【文档编号】G01C11/04GK103925912SQ201410131444
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】胡海彦, 方勇, 杨韫澜, 江振治, 陈虹, 苏永宪, 王刃, 马永社 申请人:中国人民解放军总参谋部测绘研究所