內(nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割型大面陣ccd影像幾何拼接方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割型大面陣CCD航攝相機(jī)子影像幾何拼接合成方法，利用該方法生成的大幅面數(shù)字影像可滿足航空攝影測(cè)量對(duì)高攝影效率和高航測(cè)成圖精度要求。基本思路是：首先高精度量取各子影像重疊區(qū)域同名點(diǎn)影像坐標(biāo)，并獲取由相機(jī)廠商提供的子影像基準(zhǔn)像點(diǎn)在實(shí)際焦面上的位置控制坐標(biāo)；其次，基于拼接關(guān)系模型建立觀測(cè)方程組；然后，采用最小二乘法平差技術(shù)求解各子影像到最終合成影像的拼接參數(shù)；最后利用拼接參數(shù)對(duì)子影像進(jìn)行變換和重采樣，從而完成各子影像到最終合成影像的拼接。實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明具有很好的可靠性和良好的拼接精度，對(duì)于內(nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割型數(shù)字相機(jī)，本發(fā)明能夠無縫拼接生成高精度無幾何錯(cuò)位的大幅面航攝影像。
【專利說明】?jī)?nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割型大面陣CCD影像幾何拼接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割型大面陣CCD航攝相機(jī)的子影像幾何拼接合成方法，屬于攝影測(cè)量與遙感【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]到目前為止，隨著數(shù)字航攝相機(jī)的興起，以前使用的膠片型模擬航攝相機(jī)已被完全取代。但由于受到CCD制造工藝的限制，單張數(shù)字航攝影像的像幅規(guī)模始終無法達(dá)到原有模擬相機(jī)的像面尺寸，這很大程度影響了攝影效率和測(cè)圖精度等數(shù)字航攝相機(jī)的具體應(yīng)用。
[0003]但是在旺盛的應(yīng)用需求推動(dòng)下，國內(nèi)外出現(xiàn)了多種復(fù)合型大面陣航攝相機(jī)，以解決數(shù)字航攝影像像幅規(guī)模受限于單個(gè)CCD面陣大小的問題，這些復(fù)合型相機(jī)可分為外視場(chǎng)分割型、內(nèi)視場(chǎng)分割型兩大類。其中外視場(chǎng)分割型相機(jī)是利用多個(gè)單臺(tái)中小面陣CCD相機(jī)捆綁而成，典型代表有美國Intergraph公司生產(chǎn)的DMC型相機(jī)、國家測(cè)繪遙感院制造的SWDC相機(jī)等；內(nèi)視場(chǎng)分割型相機(jī)包括Microsofot/Vexcel生產(chǎn)的UltraCam相機(jī)、南京尖兵遙感信息技術(shù)有限公司制造的DMZ相機(jī)等，這兩種內(nèi)視場(chǎng)分割型相機(jī)也存在構(gòu)造上的差異，前者是利用多鏡頭分時(shí)攝影模式實(shí)現(xiàn)的內(nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割，而后者是直接在單個(gè)鏡頭的后節(jié)點(diǎn)視場(chǎng)內(nèi)利用光學(xué)半反半透棱鏡一次性進(jìn)行整體分割。內(nèi)、外視場(chǎng)兩大類相機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但此處需要注意的是，內(nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割型相機(jī)的明顯優(yōu)勢(shì)是具有良好的拼接精度以及拼接后影像具有良好的量測(cè)性能，這對(duì)滿足后期測(cè)圖精度要求至關(guān)重要。
[0004]本申請(qǐng)正是針對(duì)內(nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割型這一類相機(jī)，提出一種內(nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割大面陣CCD影像拼接方法，以解決高精度子影像拼接、高量測(cè)性能的大幅面影像復(fù)合生成問題，國內(nèi)外與之相同或相似的大面陣影像合成方法未見出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠用于內(nèi)視場(chǎng)分割型航攝相機(jī)大幅面影像高精度復(fù)合生成方法，利用該方法生成后的大幅面數(shù)字影像可滿足航空攝影測(cè)量對(duì)攝影效率和航測(cè)成圖精度的應(yīng)用需求。
[0006]本發(fā)明提出的內(nèi)視場(chǎng)分割型航攝相機(jī)大幅面影像高精度復(fù)合生成方法的基本思路是:首先高精度量取各子影像重疊區(qū)域的同名點(diǎn)影像坐標(biāo)，并獲取由相機(jī)廠商提供的某個(gè)/些子影像基準(zhǔn)像點(diǎn)在實(shí)際焦面上的位置控制坐標(biāo)；其次，基于一定的拼接關(guān)系模型——如二維等形變換或仿射變換，建立觀測(cè)方程組；然后，采用最小二乘法平差技術(shù)求解各個(gè)子影像到最終合成影像的拼接參數(shù)；最后利用拼接參數(shù)對(duì)子影像進(jìn)行變換和重采樣，從而完成各個(gè)子影像到最終合成影像的拼接。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0008]內(nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割型大面陣CCD影像幾何拼接方法，其特征在于該方法包括以下幾個(gè)步驟:[0009](I)量取各相鄰個(gè)子影像重疊區(qū)域內(nèi)同名像點(diǎn)影像坐標(biāo)，獲取相機(jī)廠商提供的子影像基準(zhǔn)點(diǎn)的焦面位置坐標(biāo)；
[0010](2)基于拼接關(guān)系模型建立觀測(cè)方程組
[0011 ] 若確立拼接關(guān)系模型為二維等形變換，公式為
[0012]X=ax-by+Tx (I)
[0013]Y=ay+bx+TY
[0014]其中，x，y為子影像坐標(biāo)系坐標(biāo)，X，Y為拼接后合成影像坐標(biāo)系坐標(biāo)。a，b, Tx, Ty為4個(gè)變換參數(shù)，以此對(duì)子影像基準(zhǔn)像點(diǎn)和相鄰子影像同名像點(diǎn)進(jìn)行拼接關(guān)系設(shè)計(jì)
[0015].第一種拼接關(guān)系設(shè)計(jì)——關(guān)于子影像基準(zhǔn)像點(diǎn)
[0016]對(duì)于VI號(hào)子影像上的基準(zhǔn)像點(diǎn)C為有
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)視場(chǎng)光學(xué)分割型大面陣CCD影像幾何拼接方法，其特征在于:該方法包括以下幾個(gè)步驟: (1)量取各相鄰個(gè)子影像重疊區(qū)域內(nèi)同名像點(diǎn)影像坐標(biāo)，獲取相機(jī)廠商提供的子影像基準(zhǔn)點(diǎn)的焦面位置坐標(biāo)，定義子影像、同名像點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)的編號(hào)為:子影像標(biāo)號(hào)編碼采用希臘字母(1、I1、III……)，同名點(diǎn)標(biāo)號(hào)編碼采用阿拉伯?dāng)?shù)字(1、2、3……)，基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)號(hào)編碼采用英文大寫字母(A、B、C……)； (2)基于拼接關(guān)系模型建立觀測(cè)方程組 確立拼接關(guān)系模型為二維等形變換，公式為 X=ax-by+Tx (I)
Y=ay+bx+TY 其中，X，y為子影像坐標(biāo)系坐標(biāo)，X，Y為拼接后合成影像坐標(biāo)系坐標(biāo)，a, b, Tx, Ty為4個(gè)變換參數(shù)，以此對(duì)子影像基準(zhǔn)像點(diǎn)和相鄰子影像同名像點(diǎn)進(jìn)行拼接關(guān)系設(shè)計(jì)?第一種拼接關(guān)系設(shè)計(jì)——關(guān)于子影像基準(zhǔn)像點(diǎn)對(duì)于VI號(hào) 子影像上的基準(zhǔn)像點(diǎn)C有: ~ aVixCvi ~~^nycn r^xn Yc = aViycn + hixCrf + τyη (2) 其中，xCw，為子影像VI上基準(zhǔn)點(diǎn)C在其子影像坐標(biāo)系下的像點(diǎn)坐標(biāo)，Xc, Yc則為基準(zhǔn)點(diǎn)c在焦面上控制點(diǎn)位置的合成后影像坐標(biāo)，avnbv! JXn JYii為子影像VI的拼接參數(shù)，對(duì)于其它子影像上的基準(zhǔn)點(diǎn)同樣都要按上式寫出一組對(duì)應(yīng)的拼接關(guān)系方程組； ?第二種拼接關(guān)系設(shè)計(jì)——關(guān)于相鄰子影像同名像點(diǎn) 利用相鄰子影像上同名點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的合成后影像像點(diǎn)坐標(biāo)相等這一條件列出拼接關(guān)系方程，對(duì)于相鄰子影像I和子影像II上的同名點(diǎn)I為有: Ci1Xli — + ΤΧi ~ (β-— bny'" + Tx^ ) = 0 a,yit + bIxh + tY1 — (anyhl + bHxI1, + ) = ο ' 對(duì)于其它每對(duì)相鄰子影像，重疊區(qū)中出現(xiàn)的每個(gè)同名點(diǎn)可按上式寫出一組對(duì)應(yīng)的拼接關(guān)系方程組，這樣，將所有基準(zhǔn)點(diǎn)及同名像點(diǎn)所列出對(duì)應(yīng)拼接關(guān)系觀測(cè)方程組進(jìn)行組合，最后得到的觀測(cè)方程組矩陣形式為mknX=mL\t (4) 其中，系數(shù)矩陣A按照兩種拼接關(guān)系組建，X為所有子影像的拼接參數(shù)，L為由元素O和基準(zhǔn)點(diǎn)焦面位置坐標(biāo)組成的常量矩陣，V為殘差向量，m大小為同名點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)個(gè)數(shù)的兩倍，η大小為子影像數(shù)量的四倍； (3)利用最小二乘法平差技術(shù)求解各個(gè)子影像到最終合成影像的拼接參數(shù)，并給出解算精度 所有觀測(cè)方程構(gòu)建完畢后，每張子影像對(duì)應(yīng)的拼接參數(shù)(a，b, Tx, Τy)可通過最小二乘平差解求，這些參數(shù)確定了所有子影像到合成后影像的幾何拼接關(guān)系
【文檔編號(hào)】G01C11/04GK103925912SQ201410131444
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】胡海彥, 方勇, 楊韞瀾, 江振治, 陳虹, 蘇永憲, 王刃, 馬永社 申請(qǐng)人:中國人民解放軍總參謀部測(cè)繪研究所