一种光学和SAR异源卫星影像联合平差的定权方法和装置与流程

一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权方法和装置
技术领域
1.本发明涉及sar图像处理技术领域，尤其涉及一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权方法和装置。


背景技术：

2.目前，光学卫星影像和sar卫星影像是进行卫星立体测图的两大影像源。同源数据的联合处理仍然是遥感立体成像领域的主要手段。利用光学卫星影像和sar卫星影像进行立体定位各有优缺点：光学卫星影像信噪比高，解译直观，但在参与立体定位的多个光学卫星影像交会角较小的情况下，直接进行区域网平差的定位结果无法满足立体定位精度要求。sar卫星影像具有全天时全天候的独特优势，特有的侧视特点对高度敏感，随着星载sar分辨率大幅度提高，可以很好地补充光学遥感，达到辅助定位的目的，当利用sar卫星影像进行定位时，由于其定位过程不需要姿态信息，在经过系统定标后，具有较高的无控几何定位精度。将sar影像和光学影像联合起来进行立体定位，不仅可以发挥几何精度高的sar影像在整个区域网中的控制作用，而且由于sar影像的距离成像方式和光学影像的中心投影截然不同，二者结合可实现优势互补，有效改善立体观测结构。
3.在光学和sar异源卫星影像联合平差过程中，由于参与平差的光学影像和sar影像自身的几何质量不同，对平差精度的贡献差别很大，并且光学和sar影像的成像几何模型不同，对应的单景几何定位误差对平差的影响也有区别，但是现有平差方法未考虑上述不同因素，均基于影像无差别输入假设进行平差，导致现有的光学和sar异源卫星影像联合平差方法精度较低。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，现有光学和sar异源卫星影像联合平差方法未考虑参与平差的光学影像和sar影像自身的几何质量、成像几何模型和单景几何定位误差，导致其联合平差的精度较低。
5.为了解决上述技术问题，考虑到每型卫星的自主定位精度在相当长的时间内是相对平稳的，其先验值很大程度上可以反映参与平差影像自身的定位精度。为了提升联合定位精度，本发明在平差模型中分别考虑光学和sar影像定位精度带来的影响，构建稳健的平差模型，提出了一种依据光学和sar影像先验定位精度、区别设置联合平差模型中观测值权值的方法，通过控制不同几何质量的光学和sar影像源对定位解算的贡献程度，从而构建更稳健的平差模型，提升异源影像联合平差的定位精度。
6.本发明实施例第一方面公开了一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权方法，所述方法包括：
7.s1，构建sar影像和光学影像异源区域网平差模型，其包括：
8.s11，求解sar影像(synthetic aperture radar，合成孔径雷达)和光学影像的rpc(rational polynomial coefficients，有理多项式系数)模型参数。分别基于sar影像和光
学影像的严密成像几何模型生成相应的影像坐标和对应地面坐标的虚拟控制点对集合，利用点对集合，采用拟合方法求解rpc模型函数的系数，得到相应影像的rpc模型函数s(b,l,h)和l(b,l,h)。(s,l)是卫星影像中像点的二维图像坐标，(b,l,h)为影像中像点对应的地面点在经纬度坐标系下的地面坐标。rpc模型函数用于将经纬度坐标系下的地面坐标转换为二维图像坐标。
9.s12，为量测得到的位于第j张影像上的第i个像点的二维图像坐标，该影像点对应地面点的地面坐标为(bk,lk,hk)，k为地面点的序号，利用仿射变换模型构建光学影像和sar卫星影像的像方补偿函数模型，构建第i个像点的量测误差方程为:
[0010][0011]
其中，s
(j)
(bk,lk,hk)和l
(j)
(bk,lk,hk)为将地面点坐标(bk,lk,hk)代入第j张影像的rpc模型函数后的结果，为位于第j张影像上的第i个像点的量测坐标误差，为第j张影像的像方补偿参数。
[0012]
对第i个像点的量测误差方程进行求导和线性化处理，得到误差方程：
[0013][0014]
式中，为第j张影像的rpc模型函数对地面点坐标(bk,lk,hk)的偏导数，为未知数改正量，为根据第k个地面点的地面坐标初值和第j张影像的像方补偿参数初值计算得到的第j张影像上的第i个像点的二维图像坐标的初值，该计算过程表示为:
[0015][0016]
其中，为第j张影像的像方补偿参数初值。
[0017]
s13，构建存在重叠区域的光学影像和sar影像的像点坐标量测误差方程组。
[0018]
对于影像中的n个像点，构建相应的像点坐标量测误差方程组，其表达式为：
[0019][0020]
其中，ag和aa为误差方程组的系数矩阵，δxg为地面点坐标改正量，δxa为像方补偿参数改正量，对于该像点坐标量测误差方程组，其对应的权矩阵为pi，li表示像点坐标量测值，表示像点坐标量测值的初值。
[0021]
s14，将量测误差方程中的像方补偿参数视为像方仿射变换参数的虚拟观测值，构建像方补偿参数的误差方程组，其表达式为，
[0022][0023]
其中，i为单位矩阵，va为像方仿射变换参数的虚拟观测值的观测误差，其表达式为：
[0024][0025]
la为像方仿射变换参数的虚拟观测值，其表达式为:
[0026][0027]
为虚拟观测值的初值，其取值在迭代中不断修正,其表达式为：
[0028][0029]
该像方补偿参数的误差方程组的权矩阵为pa；
[0030]
s15，根据像点坐标量测误差方程组和像方补偿参数的误差方程组，构建不含控制点的异源影像带权区域网平差方程组，其表达式为：
[0031][0032]
该异源影像带权区域网平差方程组的权矩阵pi和pa分别为像点坐标量测误差方程组和像方补偿参数的误差方程组的权矩阵，通过迭代方法解算异源影像带权区域网平差方程组中的δxg和δxa。
[0033]
s2，根据sar影像和光学影像的先验定位精度求解像方补偿参数的误差方程组的权矩阵。
[0034]
影像的像点坐标量测权值为其对应的像点坐标量测值的中误差的倒数。权矩阵pi对角线上的元素为对应像点坐标量测值的权值，权矩阵pi的其他元素为0。对于权矩阵pa，根
据影像的先验精度信息分别确定各个像方补偿参数的中误差，权矩阵pa中的各个像方补偿参数的权值为其中误差的倒数，权矩阵pa对角线上的元素为对应像方补偿参数的权值，权矩阵pa的其他元素为0。
[0035]
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述的根据影像的先验精度信息分别确定各个像方补偿参数的中误差，包括：
[0036]
像方补偿参数的常数项a0和b0分别表示卫星沿行、列方向的平移量信息，其由影像行方向、列方向的先验绝对定位精度确定。对于光学影像，根据影像行方向、列方向的先验定位精度和影像行方向、列方向的已知分辨率计算其像方补偿参数的常数项的中误差；
[0037]
对于sar影像，像方补偿参数的第一常数项表示卫星沿行方向的平移量信息，根据影像行方向的先验定位精度和影像行方向的已知分辨率计算其像方补偿参数的第一常数项的中误差，像方补偿参数的第二常数项反映距离向斜距r的测量误差，因此通过将影像列方向的先验定位精度σy乘以影像入射角α
inc
的正弦值，计算得到确定其像方补偿参数的第二常数项的中误差。
[0038]
像方补偿参数的一次项表示影像的缩放和旋转误差，由卫星平台的误差标称值确定影像的先验相对定位精度，根据此项精度对影像的最大影响量和影像尺寸确定像方补偿参数的一次项的中误差。
[0039]
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，在根据sar影像和光学影像的先验定位精度求解像方补偿参数的误差方程组的权矩阵后，利用与地面点目标相关的像点所在行的像素值向量，计算其互相关矩阵，按照像方补偿参数的权值的数目，提取相应维度的特征矩阵，将特征矩阵作为加权矩阵，依次对像方补偿参数的权值进行加权更新，得到更新后的像方补偿参数的权值。
[0040]
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，对于与地面点目标相关的像点在影像中相应行的像素值向量ai，i＝1,2,
…
,n，n为与地面点目标相关的像点的数目，将所有像素值向量表示为采集数据矩阵a：
[0041]
a＝[a1,a2,
…
,an]，
[0042]
计算采集数据矩阵a的互相关矩阵r，即得到：
[0043]
r＝a
t
a，
[0044]
其中，互相关矩阵r的第i行、第j列的元素r
ij
＝a
iajt
，列向量aj表示第j个与地面点目标相关的像点在影像中相应行的像素值向量，采用主成分分析方法对采集数据矩阵进行降维处理，提取其特征矩阵，该过程具体为：
[0045]
对互相关矩阵r进行特征分解，得到n个特征向量和特征值，根据特征值大小对特征向量进行筛选，筛选出大于某阈值的m个特征向量所构成的特征矩阵e记为：
[0046]
e＝[v1,v2,
…
,vm]，
[0047]
其中，vk表示第k个特征向量，k＝1,2,
…
,m，特征向量均为列向量，m为像方补偿参数的权值的数目；将特征矩阵e作为加权矩阵，对像方补偿参数的权值所构成的向量a进行加权更新，即：
[0048]
b＝e
t
a，
[0049]
得到更新后的像方补偿参数的权值向量b。
[0050]
本发明实施例第二方面公开了一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权装
置，所述装置包括：sar影像和光学影像异源区域网平差模型构建模块，像方补偿参数的误差方程组的权矩阵求解模块和像方补偿参数的权值更新模块。像方补偿参数的误差方程组的权矩阵求解模块用于根据sar影像和光学影像的先验定位精度求解像方补偿参数的误差方程组的权矩阵。
[0051]
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述的sar影像和光学影像异源区域网平差模型构建模块，用于构建sar影像和光学影像异源区域网平差模型，其实现过程包括：
[0052]
求解sar影像(synthetic aperture radar，合成孔径雷达)和光学影像的rpc(rational polynomial coefficients，有理多项式系数)模型参数。分别基于sar影像和光学影像的严密成像几何模型生成相应的影像坐标和对应地面坐标的虚拟控制点对集合，利用点对集合，采用拟合方法求解rpc模型函数的系数，得到相应影像的rpc模型函数s(b,l,h)和l(b,l,h)。(s,l)是卫星影像中像点的二维图像坐标，(b,l,h)为影像中像点对应的地面点在经纬度坐标系下的地面坐标。rpc模型函数用于将经纬度坐标系下的地面坐标转换为二维图像坐标。
[0053]
为量测得到的位于第j张影像上的第i个像点的二维图像坐标，该影像点对应地面点的地面坐标为(bk,lk,hk)，k为地面点的序号，利用仿射变换模型构建光学影像和sar卫星影像的像方补偿函数模型，构建第i个像点的量测误差方程为:
[0054][0055]
其中，s
(j)
(bk,lk,hk)和l
(j)
(bk,lk,hk)为将地面点坐标(bk,lk,hk)代入第j张影像的rpc模型函数后的结果，为位于第j张影像上的第i个像点的量测坐标误差，为第j张影像的像方补偿参数。
[0056]
对第i个像点的量测误差方程进行求导和线性化处理，得到误差方程：
[0057]
[0058]
式中，为第j张影像的rpc模型函数对地面点坐标(bk,lk,hk)的偏导数，为未知数改正量，为根据第k个地面点的地面坐标初值和第j张影像的像方补偿参数初值计算得到的第j张影像上的第i个像点的二维图像坐标的初值，该计算过程表示为:
[0059][0060]
其中，为第j张影像的像方补偿参数初值。
[0061]
构建存在重叠区域的光学影像和sar影像的像点坐标量测误差方程组。
[0062]
对于影像中的n个像点，构建相应的像点坐标量测误差方程组，其表达式为：
[0063][0064]
其中，ag和aa为误差方程组的系数矩阵，δxg为地面点坐标改正量，δxa为像方补偿参数改正量，对于该像点坐标量测误差方程组，其对应的权矩阵为pi，li表示像点坐标量测值，表示像点坐标量测值的初值。
[0065]
将量测误差方程中的像方补偿参数视为像方仿射变换参数的虚拟观测值，构建像方补偿参数的误差方程组，其表达式为，
[0066][0067]
其中，i为单位矩阵，va为像方仿射变换参数的虚拟观测值的观测误差，其表达式为：
[0068][0069]
la为像方仿射变换参数的虚拟观测值，其表达式为:
[0070][0071]
为虚拟观测值的初值，其取值在迭代中不断修正,其表达式为：
[0072][0073]
该像方补偿参数的误差方程组的权矩阵为pa；
[0074]
根据像点坐标量测误差方程组和像方补偿参数的误差方程组，构建不含控制点的异源影像带权区域网平差方程组，其表达式为：
[0075][0076]
该异源影像带权区域网平差方程组的权矩阵pi和pa分别为像点坐标量测误差方程组和像方补偿参数的误差方程组的权矩阵，通过迭代方法解算异源影像带权区域网平差方程组中的δxg和δxa。
[0077]
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述的像方补偿参数的误差方程组的权矩阵求解模块，其用于根据sar影像和光学影像的先验定位精度求解像方补偿参数的误差方程组的权矩阵，具体包括：
[0078]
影像的像点坐标量测权值为其对应的像点坐标量测值的中误差的倒数。权矩阵pi对角线上的元素为对应像点坐标量测值的权值，权矩阵pi的其他元素为0。对于权矩阵pa，根据影像的先验精度信息分别确定各个像方补偿参数的中误差，权矩阵pa中的各个像方补偿参数的权值为其中误差的倒数，权矩阵pa对角线上的元素为对应像方补偿参数的权值，权矩阵pa的其他元素为0。
[0079]
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述的根据影像的先验精度信息分别确定各个像方补偿参数的中误差，包括：
[0080]
像方补偿参数的常数项a0和b0分别表示卫星沿行、列方向的平移量信息，其由影像行方向、列方向的先验绝对定位精度确定。对于光学影像，根据影像行方向、列方向的先验定位精度和影像行方向、列方向的已知分辨率计算其像方补偿参数的常数项的中误差；
[0081]
对于sar影像，像方补偿参数的第一常数项表示卫星沿行方向的平移量信息，根据影像行方向的先验定位精度和影像行方向的已知分辨率计算其像方补偿参数的第一常数项的中误差，像方补偿参数的第二常数项反映距离向斜距r的测量误差，因此通过将影像列方向的先验定位精度σy乘以影像入射角α
inc
的正弦值，计算得到确定其像方补偿参数的第二常数项的中误差。
[0082]
像方补偿参数的一次项表示影像的缩放和旋转误差，由卫星平台的误差标称值确定影像的先验相对定位精度，根据此项精度对影像的最大影响量和影像尺寸确定像方补偿参数的一次项的中误差。
[0083]
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述的像方补偿参数的权值更新模块，在根据sar影像和光学影像的先验定位精度求解像方补偿参数的误差方程组的权矩阵后，利用与地面点目标相关的像点所在行的像素值向量，计算其互相关矩阵，按照像方补偿参数的权值的数目，提取相应维度的特征矩阵，将特征矩阵作为加权矩阵，依次对像方补偿参数的权值进行加权更新，得到更新后的像方补偿参数的权值。
[0084]
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述的像方补偿参数的权值更新模块，对于与地面点目标相关的像点在影像中相应行的像素值向量ai，i＝1,2,
…
,n，n为与地面点目标相关的像点的数目，将所有像素值向量表示为采集数据矩阵a：
[0085]
a＝[a1,a2,
…
,an]，
[0086]
计算采集数据矩阵a的互相关矩阵r，即得到：
[0087]
r＝a
t
a，
[0088]
其中，互相关矩阵r的第i行、第j列的元素r
ij
＝a
iajt
，列向量aj表示第j个与地面点目标相关的像点在影像中相应行的像素值向量，采用主成分分析方法对采集数据矩阵进行降维处理，提取其特征矩阵，该过程具体为：
[0089]
对互相关矩阵r进行特征分解，得到n个特征向量和特征值，根据特征值大小对特征向量进行筛选，筛选出大于某阈值的m个特征向量所构成的特征矩阵e记为：
[0090]
e＝[v1,v2,
…
,vm]，
[0091]
其中，vk表示第k个特征向量，k＝1,2,
…
,m，特征向量均为列向量，m为像方补偿参数的权值的数目；将特征矩阵e作为加权矩阵，对像方补偿参数的权值所构成的向量a进行加权更新，即：
[0092]
b＝e
t
a，
[0093]
得到更新后的像方补偿参数的权值向量b。
[0094]
本发明第三方面公开了另一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权装置，所述装置包括：
[0095]
存储有可执行程序代码的存储器；
[0096]
与所述存储器耦合的处理器；
[0097]
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明实施例第一方面公开的光学和sar异源卫星影像联合平差的定权方法中的部分或全部步骤。
[0098]
本发明第四方面公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行本发明实施例第一方面公开的光学和sar异源卫星影像联合平差的定权方法中的部分或全部步骤。
[0099]
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
[0100]
本发明实施例为基于光学和sar异源多视影像的平差模型构建提供支撑。本发明实施例通过在平差模型中区别设置光学和sar影像观测值权值，控制不同几何质量的光学和sar影像源对定位解算的贡献程度，从而构建更稳健的平差模型，提升异源影像联合平差的定位精度。
附图说明
[0101]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0102]
图1是本发明实施例公开的一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权方法的流程示意图；
[0103]
图2是本发明实施例公开的一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权装置的组成示意图。
具体实施方式
[0104]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本
发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0105]
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
[0106]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。以下分别进行详细说明。
[0107]
图1是本发明实施例公开的一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权方法的流程示意图；图2是本发明实施例公开的一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权装置的组成示意图。
[0108]
实施例一
[0109]
本实施例公开了一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权方法，所述方法包括：
[0110]
s1，构建sar影像和光学影像异源区域网平差模型，其包括：
[0111]
s11，求解sar影像(synthetic aperture radar，合成孔径雷达)和光学影像的rpc(rational polynomial coefficients，有理多项式系数)模型参数。分别基于sar影像和光学影像的严密成像几何模型生成相应的影像坐标和对应地面坐标的虚拟控制点对集合，利用点对集合，采用拟合方法求解rpc模型函数的系数，得到相应影像的rpc模型函数s(b,l,h)和l(b,l,h)。(s,l)是卫星影像中像点的二维图像坐标，(b,l,h)为影像中像点对应的地面点在经纬度坐标系下的地面坐标。rpc模型函数用于将经纬度坐标系下的地面坐标转换为二维图像坐标，rpc模型将目标影像点(s,l)和其地面坐标(b,l,h)，以地面坐标的三次多项式的比值的形式关联起来。
[0112]
s12，为量测得到的位于第j张影像上的第i个像点的二维图像坐标，该影像点对应地面点的地面坐标为(bk,lk,hk)，k为地面点的序号，利用仿射变换模型构建光学影像和sar卫星影像的像方补偿函数模型，构建第i个像点的量测误差方程为:
[0113][0114]
其中，s
(j)
(bk,lk,hk)和l
(j)
(bk,lk,hk)为将地面点坐标(bk,lk,hk)代入第j张影像的rpc模型函数后的结果，为位于第j张影像上的第i个像点的量测坐标误差，此项误差在区域网平差过程中予以最小化，为第j张影像的像方补偿参数，其和第i个像点对应的地面点坐标(bk,lk,hk)是利用后续的区域网平差方法求解得到。
[0115]
δsj(s,l)和δlj(s,l)是第j张影像的像方补偿函数，其利用仿射变换模型得到，其表达式为：
[0116][0117]
对第i个像点的量测误差方程进行求导和线性化处理，得到误差方程：
[0118][0119]
式中，为第j张影像的rpc模型函数对地面点坐标(bk,lk,hk)的偏导数，为未知数改正量，为根据第k个地面点的地面坐标初值和第j张影像的像方补偿参数初值计算得到的第j张影像上的第i个像点的二维图像坐标的初值，该计算过程表示为:
[0120][0121]
其中，为第j张影像的像方补偿参数初值。
[0122]
s13，构建存在重叠区域的光学影像和sar影像的像点坐标量测误差方程组。光学影像和sar影像通过影像上量测的连接点而彼此关联。连接点为重叠区域中匹配的同名地物点。对于m张影像，在影像上的所有n个像点共对应了s个地面点，δxg为该s个地面点坐标改正量，其表达式为：
[0123]
δxg＝[δb1,δl1,δh1,
…
,δbs,δls,δhs]
t
，
[0124]
δxa为该m张影像的像方补偿参数改正量，其表达式为：
[0125]
[0126]
设和
[0127]
为第i个像点的误差方程的系数矩阵。
[0128]
为第i个像点的像点坐标的量测误差，
[0129]
则将第i个像点的误差方程表达为对于n个影像点分别构建上述误差方程并整合，则得到n个像点相应的像点坐标量测误差方程组。
[0130]
对于影像中的n个像点，构建相应的像点坐标量测误差方程组，其表达式为：
[0131][0132]
其中，ag和aa为误差方程组的系数矩阵，δxg为地面点坐标改正量，δxa为像方补偿参数改正量，对于该像点坐标量测误差方程组，其对应的权矩阵为pi，li表示像点坐标量测值，表示像点坐标量测值的初值。
[0133]
s14，将量测误差方程中的像方补偿参数视为像方仿射变换参数的虚拟观测值，构建像方补偿参数的误差方程组，其表达式为，
[0134][0135]
其中，i为单位矩阵，va为像方仿射变换参数的虚拟观测值的观测误差，其表达式为：
[0136][0137]
la为像方仿射变换参数的虚拟观测值，其表达式为:
[0138][0139]
为虚拟观测值的初值，开始设为0，其取值在迭代中不断修正,其表达式为：
[0140][0141]
该像方补偿参数的误差方程组的权矩阵为pa；
[0142]
s15，根据像点坐标量测误差方程组和像方补偿参数的误差方程组，构建不含控制点的异源影像带权区域网平差方程组，其表达式为：
[0143][0144]
该异源影像带权区域网平差方程组的权矩阵pi和pa分别为像点坐标量测误差方程组和像方补偿参数的误差方程组的权矩阵，通过迭代方法解算异源影像带权区域网平差方程组中的δxg和δxa。所述的迭代方法，可采用最小二乘等方法。
[0145]
s2，根据sar影像和光学影像的先验定位精度求解像方补偿参数的误差方程组的权矩阵。
[0146]
对于像点坐标量测值的中误差与手工量测或自动匹配的准确度有关，通常小于1个像素，基本上由光学/sar影像来源和分辨率决定，因此对于同一类型影像源可以确定其像点量测中误差为一个常值。影像的像点坐标量测权值为其对应的像点坐标量测值的中误差的倒数。权矩阵pi对角线上的元素为对应像点坐标量测值的权值，权矩阵pi的其他元素为0。对于权矩阵pa，根据影像的先验精度信息分别确定各个像方补偿参数的中误差，权矩阵pa中的各个像方补偿参数的权值为其中误差的倒数，权矩阵pa对角线上的元素为对应像方补偿参数的权值，权矩阵pa的其他元素为0。
[0147]
作为一种可选的实施方式，在本实施例中，所述的根据影像的先验精度信息分别确定各个像方补偿参数的中误差，包括：
[0148]
像方补偿参数的常数项a0和b0分别表示卫星沿行、列方向的平移量信息，其由影像行方向、列方向的先验绝对定位精度确定。对于光学影像，根据影像行方向、列方向的先验定位精度σ
x
、σy和影像行方向、列方向的已知分辨率r
x
、ry计算a0和b0的中误差，其计算过程为
[0149][0150]
其中，表示a0的中误差，表示b0的中误差；
[0151]
对于sar影像，像方补偿参数的常数项a0表示卫星沿行方向的平移量信息，根据影像行方向的先验定位精度σ
x
和影像行方向的已知分辨率r
x
计算a0的中误差。像方补偿参数的常数项b0反映距离向斜距r的测量误差，因此通过将影像列方向的先验定位精度σy乘以影像入射角α
inc
的正弦值，计算得到确定中误差，其计算公式为，
[0152][0153]
其中，表示a0的中误差，表示b0的中误差；所述的斜距是指地面点到卫星的
距离。
[0154]
像方补偿参数的一次项a1、a2、b1和b2表示影像的缩放和旋转误差，对于光学卫星影像来说，此项误差取决于焦距误差、镜头畸变、卫星径向位置误差和陀螺漂移。对sar影像来说，此项误差取决于脉冲重复频率误差、距离向采样频率误差、卫星径向位置误差和卫星沿轨方向速度误差。由卫星平台的误差标称值确定影像的先验相对定位精度，根据此项精度对影像的最大影响量和影像尺寸确定像方补偿参数的一次项的中误差；设此项精度对影像的最大影响量为m个像素，则根据m和影像尺寸确定a1、a2、b1、b2的中误差，有
[0155][0156]
式中，height和width为影像的高和宽。
[0157]
作为一种可选的实施方式，在本实施例中，为提高提升异源影像联合平差的定位精度，利用与地面点目标相关的像点所在行的像素值向量，计算其互相关矩阵，按照像方补偿参数的权值的数目，提取相应维度的特征矩阵，将特征矩阵作为加权矩阵，依次对像方补偿参数的权值进行加权更新，得到更新后的像方补偿参数的权值。
[0158]
作为一种可选的实施方式，在本实施例中，对于与地面点目标相关的像点在影像中相应行的像素值向量ai，i＝1,2,
…
,n，n为与地面点目标相关的像点的数目，将所有像素值向量表示为采集数据矩阵a：
[0159]
a＝[a1,a2,
…
,an]，
[0160]
计算采集数据矩阵a的互相关矩阵r，即得到：
[0161]
r＝a
t
a，
[0162]
其中，互相关矩阵r的第i行、第j列的元素r
ij
＝a
iajt
，列向量aj表示第j个与地面点目标相关的像点在影像中相应行的像素值向量，采用主成分分析方法对采集数据矩阵进行降维处理，提取其特征矩阵，该过程具体为：
[0163]
对互相关矩阵r进行特征分解，得到n个特征向量和特征值，根据特征值大小对特征向量进行筛选，筛选出大于某阈值的m个特征向量所构成的特征矩阵e记为：
[0164]
e＝[v1,v2,
…
,vm]，
[0165]
其中，vk表示第k个特征向量，k＝1,2,
…
,m，特征向量均为列向量，m为像方补偿参数的权值的数目；将特征矩阵e作为加权矩阵，对像方补偿参数的权值所构成的向量a进行加权更新，即：
[0166]
b＝e
t
a，
[0167]
得到更新后的像方补偿参数的权值向量b。
[0168]
下面给出利用本方法进行光学和sar影像联合平差定位的实验结果。参与先验信息联合定位试验的光学/sar影像经过在轨几何定标后，几何信息如下表所示，包括某地区1景sar影像、1景光学影像。像方补偿参数虚拟观测值的常数项权根据其先验平面定位精度确定，一次项权根据影像最大像素偏移量即相对中误差确定。sar-262影像与ccd-513影像组合，调整组合中sar/光学像方补偿参数虚拟观测值的权，观察影像先验精度信息对联合定位精度的影响。将一次项最大像素偏移量固定设置为2像素，使sar/光学影像先验平面定
位精度分别由0.5米变化至200米，按本方法定权并进行区域网平差，统计不同常数项权配置下平面和高程定位中误差，获得最高精度时设置的最优权值范围与影像先验定位精度基本一致。表1为sar-262/ccd-513不同常数项精度配置下定位精度(米)。
[0169]
表1 sar-262/ccd-513不同常数项精度配置下定位精度(米)
[0170][0171]
将常数项权固定设置为ccd和sar影像先验平面定位精度，将像方补偿参数一次项引起的最大像素偏移量从0.5像素变化至200像素，按本方法定权并进行区域网平差，统计不同一次项权配置下平面/高程中误差。可以发现，当一次项引起的最大偏移量设置为0.5-2像素时，联合定位得到较好较稳定的结果，平面精度最好为2米，高程精度最好为1.7米。此结果也表明，本试验所使用的影像景内畸变较小，影像变形基本为一平移。表2为sar-262/ccd-513不同一次项精度配置下定位精度(米)。
[0172]
表2 sar-262/ccd-513不同一次项精度配置下定位精度(米)
[0173][0174]
可见，本发明实施例为基于光学和sar异源多视影像的平差模型构建提供支撑。本发明实施例通过在平差模型中区别设置光学和sar影像观测值权值，控制不同几何质量的光学和sar影像源对定位解算的贡献程度，从而构建更稳健的平差模型，提升异源影像联合平差的定位精度。
[0175]
实施例二
[0176]
本发明实施例第二方面公开了一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权装置，所述装置包括：sar影像和光学影像异源区域网平差模型构建模块，像方补偿参数的误差方程组的权矩阵求解模块和像方补偿参数的权值更新模块。像方补偿参数的误差方程组的权矩阵求解模块用于根据sar影像和光学影像的先验定位精度求解像方补偿参数的误差方程组的权矩阵。
[0177]
作为一种可选的实施方式，在本实施例中，所述的sar影像和光学影像异源区域网平差模型构建模块，用于构建sar影像和光学影像异源区域网平差模型，其实现过程包括：
[0178]
求解sar影像(synthetic aperture radar，合成孔径雷达)和光学影像的rpc(rational polynomial coefficients，有理多项式系数)模型参数。分别基于sar影像和光学影像的严密成像几何模型生成相应的影像坐标和对应地面坐标的虚拟控制点对集合，利用点对集合，采用拟合方法求解rpc模型函数的系数，得到相应影像的rpc模型函数s(b,l,h)和l(b,l,h)。(s,l)是卫星影像中像点的二维图像坐标，(b,l,h)为影像中像点对应的地面点在经纬度坐标系下的地面坐标。rpc模型函数用于将经纬度坐标系下的地面坐标转换为二维图像坐标。
[0179]
为量测得到的位于第j张影像上的第i个像点的二维图像坐标，该影像点对应地面点的地面坐标为(bk,lk,hk)，k为地面点的序号，利用仿射变换模型构建光学影像和sar卫星影像的像方补偿函数模型，构建第i个像点的量测误差方程为:
[0180][0181]
其中，s
(j)
(bk,lk,hk)和l
(j)
(bk,lk,hk)为将地面点坐标(bk,lk,hk)代入第j张影像的rpc模型函数后的结果，为位于第j张影像上的第i个像点的量测坐标误差，为第j张影像的像方补偿参数。
[0182]
对第i个像点的量测误差方程进行求导和线性化处理，得到误差方程：
[0183][0184]
式中，为第j张影像的rpc模型函数对地面点坐标(bk,lk,hk)的偏导数，为未知数改正量，为根据第k个地面点的地面坐标初值和第j张影像的像
方补偿参数初值计算得到的第j张影像上的第i个像点的二维图像坐标的初值，该计算过程表示为:
[0185][0186]
其中，为第j张影像的像方补偿参数初值。
[0187]
构建存在重叠区域的光学影像和sar影像的像点坐标量测误差方程组。
[0188]
对于影像中的n个像点，构建相应的像点坐标量测误差方程组，其表达式为：
[0189][0190]
其中，ag和aa为误差方程组的系数矩阵，δxg为地面点坐标改正量，δxa为像方补偿参数改正量，对于该像点坐标量测误差方程组，其对应的权矩阵为pi，li表示像点坐标量测值，表示像点坐标量测值的初值。
[0191]
将量测误差方程中的像方补偿参数视为像方仿射变换参数的虚拟观测值，构建像方补偿参数的误差方程组，其表达式为，
[0192][0193]
其中，i为单位矩阵，va为像方仿射变换参数的虚拟观测值的观测误差，其表达式为：
[0194][0195]
la为像方仿射变换参数的虚拟观测值，其表达式为:
[0196][0197]
为虚拟观测值的初值，其取值在迭代中不断修正,其表达式为：
[0198][0199]
该像方补偿参数的误差方程组的权矩阵为pa；
[0200]
根据像点坐标量测误差方程组和像方补偿参数的误差方程组，构建不含控制点的异源影像带权区域网平差方程组，其表达式为：
[0201][0202]
该异源影像带权区域网平差方程组的权矩阵pi和pa分别为像点坐标量测误差方程组和像方补偿参数的误差方程组的权矩阵，通过迭代方法解算异源影像带权区域网平差方程组中的δxg和δxa。
[0203]
作为一种可选的实施方式，在本实施例中，所述的像方补偿参数的误差方程组的
权矩阵求解模块，其用于根据sar影像和光学影像的先验定位精度求解像方补偿参数的误差方程组的权矩阵，具体包括：
[0204]
影像的像点坐标量测权值为其对应的像点坐标量测值的中误差的倒数。权矩阵pi对角线上的元素为对应像点坐标量测值的权值，权矩阵pi的其他元素为0。对于权矩阵pa，根据影像的先验精度信息分别确定各个像方补偿参数的中误差，权矩阵pa中的各个像方补偿参数的权值为其中误差的倒数，权矩阵pa对角线上的元素为对应像方补偿参数的权值，权矩阵pa的其他元素为0。
[0205]
作为一种可选的实施方式，在本实施例中，所述的根据影像的先验精度信息分别确定各个像方补偿参数的中误差，包括：
[0206]
像方补偿参数的常数项a0和b0分别表示卫星沿行、列方向的平移量信息，其由影像行方向、列方向的先验绝对定位精度确定。对于光学影像，根据影像行方向、列方向的先验定位精度和影像行方向、列方向的已知分辨率计算其像方补偿参数的常数项的中误差；
[0207]
对于sar影像，像方补偿参数的第一常数项表示卫星沿行方向的平移量信息，根据影像行方向的先验定位精度和影像行方向的已知分辨率计算其像方补偿参数的第一常数项的中误差，像方补偿参数的第二常数项反映距离向斜距r的测量误差，因此通过将影像列方向的先验定位精度σy乘以影像入射角α
inc
的正弦值，计算得到确定其像方补偿参数的第二常数项的中误差。
[0208]
像方补偿参数的一次项表示影像的缩放和旋转误差，由卫星平台的误差标称值确定影像的先验相对定位精度，根据此项精度对影像的最大影响量和影像尺寸确定像方补偿参数的一次项的中误差。
[0209]
作为一种可选的实施方式，在本实施例中，所述的像方补偿参数的权值更新模块，在根据sar影像和光学影像的先验定位精度求解像方补偿参数的误差方程组的权矩阵后，利用与地面点目标相关的像点所在行的像素值向量，计算其互相关矩阵，按照像方补偿参数的权值的数目，提取相应维度的特征矩阵，将特征矩阵作为加权矩阵，依次对像方补偿参数的权值进行加权更新，得到更新后的像方补偿参数的权值。
[0210]
作为一种可选的实施方式，在本实施例中，所述的像方补偿参数的权值更新模块，对于与地面点目标相关的像点在影像中相应行的像素值向量ai，i＝1,2,
…
,n，n为与地面点目标相关的像点的数目，将所有像素值向量表示为采集数据矩阵a：
[0211]
a＝[a1,a2,
…
,an]，
[0212]
计算采集数据矩阵a的互相关矩阵r，即得到：
[0213]
r＝a
t
a，
[0214]
其中，互相关矩阵r的第i行、第j列的元素r
ij
＝a
iajt
，列向量aj表示第j个与地面点目标相关的像点在影像中相应行的像素值向量，采用主成分分析方法对采集数据矩阵进行降维处理，提取其特征矩阵，该过程具体为：
[0215]
对互相关矩阵r进行特征分解，得到n个特征向量和特征值，根据特征值大小对特征向量进行筛选，筛选出大于某阈值的m个特征向量所构成的特征矩阵e记为：
[0216]
e＝[v1,v2,
…
,vm]，
[0217]
其中，vk表示第k个特征向量，k＝1,2,
…
,m，特征向量均为列向量，m为像方补偿参数的权值的数目；将特征矩阵e作为加权矩阵，对像方补偿参数的权值所构成的向量a进行
加权更新，即：
[0218]
b＝e
t
a，
[0219]
得到更新后的像方补偿参数的权值向量b。
[0220]
可见，本发明实施例为基于光学和sar异源多视影像的平差模型构建提供支撑。本发明实施例通过在平差模型中区别设置光学和sar影像观测值权值，控制不同几何质量的光学和sar影像源对定位解算的贡献程度，从而构建更稳健的平差模型，提升异源影像联合平差的定位精度。
[0221]
实施例三
[0222]
本实施例公开了另一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权装置，所述装置包括：
[0223]
存储有可执行程序代码的存储器；
[0224]
与所述存储器耦合的处理器；
[0225]
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明实施例第一方面公开的光学和sar异源卫星影像联合平差的定权方法中的部分或全部步骤。
[0226]
可见，本发明实施例为基于光学和sar异源多视影像的平差模型构建提供支撑。本发明实施例通过在平差模型中区别设置光学和sar影像观测值权值，控制不同几何质量的光学和sar影像源对定位解算的贡献程度，从而构建更稳健的平差模型，提升异源影像联合平差的定位精度。
[0227]
实施例四
[0228]
本实施例公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行本发明实施例第一方面公开的光学和sar异源卫星影像联合平差的定权方法中的部分或全部步骤。
[0229]
本发明实施例为基于光学和sar异源多视影像的平差模型构建提供支撑。本发明实施例通过在平差模型中区别设置光学和sar影像观测值权值，控制不同几何质量的光学和sar影像源对定位解算的贡献程度，从而构建更稳健的平差模型，提升异源影像联合平差的定位精度。
[0230]
以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0231]
通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器(read-only memory，rom)、随机存储器(random access memory，ram)、可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read only memory，eprom)、一次可编程只读存储器(one-time programmable read-only memory，otprom)、电子抹除式可复写只读存储器
(electrically-erasable programmable read-only memory，eeprom)、只读光盘(compact disc read-only memory，cd-rom)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
[0232]
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种光学和sar异源卫星影像联合平差的定权装置方法及装置所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。