专利名称：基于投影基准面的卫星立体影像像对近似核线生成方法
技术领域：
本发明涉及一种基于物方投影基准面的卫星立体影像近似核线生成方法。该方法将投影基准面是定义为物方坐标系下的平均高程面，并基于卫星飞行轨道的相对平稳性以及“核曲线”在影像范围内的近似直线性和局部共轭性，确定卫星影像“核曲线”在投影基准面上投影点轨迹的一条近似直线方向，然后将卫星立体影像投影到一对与该方向平行的影像上，从而得到相互平行的近似核线。该方法的特点在于，能够基于物方投影基准面直接由原始影像定向参数建立核线影像与原始影像的严格像点坐标映射关系，从而为卫星影像近似核线重排提供了一种类似于影像数字纠正的实现途径。实践表明，该方法能够生成子像素级上下视差的近乎严格的核线影像；由于原始影像与核线影像之间的严格坐标对应关系直接由立体影像的定向参数建立，因而具有操作简单、实用性强的特点；此外，基于投影基准面进行近似核线排列，有利于生成分辨率一致、相对于物方水平的核线立体模型，从而更好地满足人眼立体视觉习惯。目前，该方法已被成功应用于卫星影像的立体测图和DEM自动生成软件�？橹校导っ髁烁梅椒ǖ恼沸浴⒖尚行院屯ㄓ眯�。
图1为卫星立体影像基于物方投影基准面的核线模型示意图； 图2为确定投影基准面上近似核线排列方向的示意图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明做进一步详细描述。概括起来，本方法的实施可以分为四个步骤 第一步定义物方坐标系和投影基准面。
如附图1所示，以卫星立体影像像对在参考椭球上地面覆盖区域内的任一点为原点，建立局部直角坐标系o_XYZ。投影基准面PRP(Projection Reference Plane)是定义在局部直角坐标系下的平均高程面，高程为H； 令p1和p2分别为物点P在左右原始影像上的像点，令曲线Ep1和Ep2分别为像点p1和p2基于投影轨迹法定义的核线。根据成像时飞行轨道的相对平稳性以及“核曲线”在影像范围内的近似直线性和局部共轭性，Ep1和Ep2在PRP上的投影点轨迹也将具有近似直线性，这里用ED表示该近似直线。尽管不存在严格的核面定义，但实际上我们取过直线ED和物点P的平面EP作为物点P的近似核面，从某种程度上讲是可行的。对于卫星立体影像，可以将所有同名核线在PRP上的投影点轨迹用平行于ED的直线集合近似表示。
第二步确定卫星影像核曲线在投影基准面上投影点轨迹的近似直线方向。
对于左右原始影像，令f1L为左影像传感器成像几何模型坐标正解函数，f1R为右影像传感器成像几何模型坐标正解函数，f2L为左影像传感器成像几何模型坐标反解函数，f2R为右影像传感器成像几何模型坐标反解函数。基于下列运算，确定卫星立体影像像对核曲线在投影基准面上投影点轨迹的近似直线方向 1、如附图2中所示，在左原始影像的中心取一像点A，在其摄影光线上取两点P1和P2，对应的高程分别为H+h和H-h，这里，h可以取任意小于最大高程值的正数，基于式(1)(2)计算P1和P2的坐标； (XP1，YP1)＝f1L(lA，sA，H+h)(1) (XP2，YP2)＝f1L(lA，sA，H-h)(2) 上面函数式中 (lA，sA)为像点A的像素坐标； (Xp1，Yp1，H+h)为P1在局部直角坐标系下的坐标； (Xp2，Yp2，H-h)为P2在局部直角坐标系下的坐标； 2、基于式(3)(4)计算P1、P2在右原始影像上对应的投影点B、C的像素坐标； (lB，sB)＝f2R(XP1，YP1，H+h)(3) (lC，sC)＝f2R(XP2，YP2，H-h)(4) 上面函数式中 (lB，sB)为投影点B的像素坐标； (lC，sC)为投影点C的像素坐标； (Xp1，Yp1，H+h)为P1在局部直角坐标系下的坐标； (Xp2，Yp2，H-h)为P2在局部直角坐标系下的坐标； 3、基于式(5)(6)计算像点B、C在投影基准面上的投影点P3、P4的坐标 (XP3，YP3)＝f1R(lB，sB，H)(5) (XP4，YP4)＝f1R(lC，sC，H)(6) 上面函数式中 (lB，sB)为投影点B的像素坐标； (lC，sC)为投影点C的像素坐标； (XP3，YP3，H)为P3在局部直角坐标系下的坐标； (XP4，YP4，H)为P4在局部直角坐标系下的坐标； 投影点P3、P4的连线方向即为卫星立体影像像对核曲线在投影基准面上投影点轨迹的近似直线方向，即卫星立体影像像对近似核线在投影基准面上的排列方向。
第三步建立核线影像像点与原始影像像点之间的严格坐标变换模型。
1、基于传感器成像几何模型坐标正解函数，计算左右原始影像在投影基准面上的投影覆盖范围； 2、确定左右核线影像在投影基准面上的覆盖范围AP(Area of Projection)为了使左右核线影像具有相同行数和列数，且保证同名核线对应的行号相同，令左右核线影像在投影基准面上对应相同矩形覆盖范围，取投影基准面上投影覆盖区域在近似核线排列方向上的最小外廓矩形； 3、令核线影像每个像元所对应的投影基准面采样间隔相同，且等于原始影像的地面采样间隔GSD(Ground Sampling Distance)，进而可确定核线影像的行数和列数； 4、于是，核线影像像点与其对应的PRP投影点之间的坐标平移、旋转和缩放变换关系可以表示如下 上面公式中 (rE，cE)为核线影像像点的像素坐标； (Xp，Yp)为(rE，cE)在投影基准面上投影点的平面坐标； G为原始影像的地面采样间隔； R是由近似核线在投影基准面上的排列方向确定的二维坐标旋转矩阵； (dX，dY)为坐标平移量； 5、基于传感器成像几何模型的正反解函数，可确定PRP投影点与左右原始影像像点之间的坐标变换关系，如式(9)(10)所示； (lL，sL)＝f2L(Xp，Yp，H)(9) (lR，sR)＝f2R(Xp，Yp，H) (XP，YP)＝f1L(lL，sL，H)(10) (XP，YP)＝f1R(lR，sR，H) 上面公式中 (Xp，Yp，H)为PRP投影点坐标； (lL，sL)为投影点对应的左原始影像像点像素坐标； (lR，sR)为投影点对应的右原始影像像点像素坐标； 因此，组合(7)和(9)便构成了左右核线影像到与左右原始影像的像点坐标变换模型；反之，(8)和(10)组合起来便构成了左右原始影像到左右核线影像的像点坐标变换模型。
第四步近似核线重排。
根据上述所建立的核线影像像点与原始影像像点之间的严格对应关系，采用间接法影像数字纠正(张祖勋，张剑清.数字摄影测量学[M].武汉武汉大学出版社，1997.217-218)的方式进行卫星影像近似核线重排，生成左右核线影像。
权利要求
1.基于投影基准面的卫星立体影像像对近似核线生成方法，包括以下步骤
一、以卫星立体影像像对在参考椭球上地面覆盖区域内的任一点为原点，建立局部直角坐标系；投影基准面PRP是定义在局部直角坐标系下的平均高程面，高程为H；
二、对于组成卫星立体影像像对的左右原始影像，令f1L为左影像传感器成像几何模型坐标正解函数，f1R为右影像传感器成像几何模型坐标正解函数，f2L为左影像传感器成像几何模型坐标反解函数，f2R为右影像传感器成像几何模型坐标反解函数；基于下列运算，确定卫星立体影像像对核曲线在投影基准面上投影点轨迹的近似直线方向
(1)在左原始影像的中心取一像点A，在其摄影光线上取两点P1和P2，对应的高程分别为H+h和H-h，这里，h可以取任意小于最大高程值的正数，基于式(1)(2)计算P1和P2的坐标；
(XP1，YP1)＝f1L(lA，sA，H+h) (1)
(XP2，YP2)＝f1L(lA，sA，H-h) (2)
上面函数式中
(lA，sA)为像点A的像素坐标；
(Xp1，Yp1，H+h)为P1在局部直角坐标系下的坐标；
(Xp2，Yp2，H-h)为P2在局部直角坐标系下的坐标；
(2)基于式(3)(4)计算P1、P2在右原始影像上对应的投影点B、C的像素坐标；
(lB，sB)＝f2R(XP1，YP1，H+h) (3)
(lC，sC)＝f2R(XP2，YP2，H-h) (4)
上面函数式中
(lB，sB)为投影点B的像素坐标；
(lC，sC)为投影点C的像素坐标；
(Xp1，Yp1，H+h)为P1在局部直角坐标系下的坐标；
(Xp2，Yp2，H-h)为P2在局部直角坐标系下的坐标；
(3)基于式(5)(6)计算像点B、C在投影基准面上的投影点P3、P4的坐标
(XP3，YP3)＝f1R(lB，sB，H) (5)
(XP4，YP4)＝f1R(lC，sC，H) (6)
上面函数式中
(lB，sB)为投影点B的像素坐标；
(lC，sC)为投影点C的像素坐标；
(XP3，YP3，H)为P3在局部直角坐标系下的坐标；
(XP4，YP4，H)为P4在局部直角坐标系下的坐标；
投影点P3、P4的连线方向即为卫星立体影像像对核曲线在投影基准面上投影点轨迹的近似直线方向，即卫星立体影像像对近似核线在投影基准面上的排列方向；三、建立左右核线影像与左右原始影像之间的像点严格坐标变换关系
(1)基于传感器成像几何模型坐标正解函数，计算左右原始影像在投影基准面上的投影覆盖范围；
(2)确定左右核线影像在投影基准面上的覆盖范围为了使左右核线影像具有相同行数和列数，且保证同名核线对应的行号相同，令左右核线影像在投影基准面上对应相同矩形覆盖范围，取投影基准面上投影覆盖区域在近似核线排列方向上的最小外廓矩形；
(3)令左右核线影像每个像元所对应的投影基准面采样间隔相同，且等于左右原始影像的地面采样间隔，进而可确定左右核线影像的行数和列数；
(4)于是，左右核线影像像点与其对应的PRP投影点之间的坐标平移、旋转和缩放变换关系表示如下
上面公式中
(rE，cE)为左右核线影像像点的像素坐标；
(Xp，Yp)为(rE，cE)在投影基准面上投影点的平面坐标；
G为左右原始影像的地面采样间隔；
R是由卫星立体影像像对近似核线在投影基准面上的排列方向确定的二维坐标旋转矩阵；
(dX，dY)为坐标平移量；
(5)基于传感器成像几何模型的正反解函数，可确定PRP投影点与左右原始影像像
点之间的坐标变换关系，如式(9)(10)所示；
(lL，sL)＝f2L(Xp，Yp，H)
(9)
(lR，sR)＝f2R(Xp，Yp，H)
(XP，YP)＝f1L(lL，sL，H)
(10)
(XP，YP)＝f1R(lR，sR，H)
上面公式中
(Xp，Yp，H)为PRP投影点坐标；
(lL，sL)为投影点对应的左原始影像像点像素坐标；
(lR，sR)为投影点对应的右原始影像像点像素坐标；
因此，组合(7)和(9)便构成了左右核线影像到左右原始影像的像点坐标变换模型；反之，(8)和(10)组合起来便构成了左右原始影像到左右核线影像的像点坐标变换模型。四、根据上述所建立的左右核线影像像点与左右原始影像像点之间的严格对应关系，
采用间接法影像数字纠正的方式进行卫星立体影像像对近似核线重排，生成左右
核线影像。
全文摘要
基于投影基准面的卫星立体影像像对近似核线生成方法，包括以下步骤一、建立局部直角坐标系；二、确定卫星立体影像像对核曲线在投影基准面上投影点轨迹的近似直线方向三、建立左右核线影像与左右原始影像之间的像点严格坐标变换关系四、采用间接法影像数字纠正的方式进行卫星立体影像像对近似核线重排，生成左右核线影像。该方法能为卫星影像近似核线重排提供了一种类似于影像数字纠正的实现途径。实践表明该方法能够生成子像素级上下视差的近乎严格的核线影像；具有操作简单、实用性强的特点；此外，基于投影基准面进行近似核线排列，有利于生成分辨率一致、相对于物方水平的核线立体模型，从而更好地满足人眼立体视觉习惯。
文档编号G01C11/00GK101424530SQ20081023671
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者密 王, 芬 胡, 李德仁, 金淑英 申请人:武汉大学
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