遙感影像立體定位的相對輻射校正和數(shù)字基高比模型理論研究

遙感影像立體定位的相對輻射校正和數(shù)字基高比模型理論研究

段依妮

國家海洋環(huán)境預(yù)報中心，北京 100081

Study on Relative Radiometric Correction and Digital Baseline-height Ratio Model for Stereo Mapping

DUAN Yini

National Marine Environmental Forecasting Center, Beijing 100081, China

遙感影像的高精度立體定位是保證國土基礎(chǔ)測繪和高精度空間信息服務(wù)的關(guān)鍵。目前在無地面控制點的情況下，遙感影像的直接定位精度難以滿足各類比例尺測圖的精度要求，并且高程精度比平面精度更難達(dá)到。如何降低立體定位過程中的誤差因素、提高立體定位精度，是目前亟須解決的問題。為此，論文從立體定位的輻射誤差和幾何誤差來源入手，對立體影像的基高比及其與傳感器參量的理論模型進行了深入研究，完成的主要工作和創(chuàng)新點有：

(1) 系統(tǒng)研究了遙感影像立體定位的輻射與幾何誤差相關(guān)聯(lián)的方法。從理論和試驗兩個方面定量地研究了影像輻射畸變對立體定位精度的影響，推導(dǎo)出輻射畸變與影像匹配精度的數(shù)學(xué)關(guān)系。研究結(jié)果表明：輻射畸變將降低影像匹配的精度，從而影響立體定位精度，并且條帶噪聲比環(huán)形噪聲對匹配精度的影響更明顯。由于輻射畸變是相對輻射定標(biāo)精度的反映，因此也證明了相對輻射定標(biāo)精度對立體定位精度具有較大影響。

(2) 建立了一套從遙感傳感器相對輻射定標(biāo)到影像相對輻射校正的立體定位輻射誤差校正方法。從遙感傳感器入手，給出了一種基于灰階靶標(biāo)的室外相對輻射定標(biāo)方法。在此基礎(chǔ)上，提出了室外定標(biāo)和圖像統(tǒng)計法結(jié)合的相對輻射校正方法，該方法不僅能夠保留原始影像的有效信息，而且能夠顯著改善影像的輻射精度，在混合型條帶噪聲的去除方面具有明顯優(yōu)勢。相對輻射定標(biāo)與校正方法的建立，為消除輻射畸變對立體定位精度的影響、將立體定位誤差的輻射因素與幾何因素分離提供了一種有效途徑。

(3) 針對經(jīng)典攝影測量中的基高比無法準(zhǔn)確表達(dá)數(shù)字航攝相機參量與高程精度之間關(guān)系的問題，提出并建立了數(shù)字?jǐn)z影測量中包含三維空間和一維時間變量的數(shù)字基高比模型理論。其科學(xué)內(nèi)涵為：首先，多拼接相機通過改變二維面積(相機拼接個數(shù)、CCD芯片大小)、一維垂直縮放(鏡頭焦距、物像距)來改變基高比的大小，使得基高比成為三維空間變量函數(shù)；同時，CCD積分時間可變、掃描間隔可變、相機陣列同步成像等新技術(shù)的應(yīng)用，通過改變交會影像拍攝時間間隔改變基高比的大小，使得基高比成為一維時間變量函數(shù)。數(shù)字基高比四維時空函數(shù)模型的建立，不僅涵蓋了經(jīng)典基高比的定義，而且完整全面地反映了數(shù)字?jǐn)z影測量中基高比的特點及本質(zhì)。

(4) 建立了數(shù)字基高比的空間變量與高程精度的關(guān)聯(lián)模型，推導(dǎo)出數(shù)字航攝相機的鏡頭焦距、CCD探元物理尺寸、影像航向幅面、CCD航向探元數(shù)等三維空間變量與高程精度的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)，并基于涿州幾何檢校場開展了試驗驗證。研究結(jié)果表明：通過改造數(shù)字航攝相機，例如減小相機焦距、減小CCD探元物理尺寸、增大影像航向幅面、增加CCD航向探元數(shù)，能夠提高立體定位的高程精度，從而為數(shù)字航攝相機的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。

(5) 建立了數(shù)字基高比的時間變量與高程精度的關(guān)聯(lián)模型，詳細(xì)分析了多基線影像的獲取與編組方法。通過改造數(shù)字航攝相機，采用CCD成像掃描周期調(diào)節(jié)、行-幀數(shù)調(diào)節(jié)、相機陣列等多種新技術(shù)獲取多基線立體影像，既能夠保證較大的交會角，又可增加交會影像數(shù)和冗余觀測值，從而提高立體定位的高程精度。試驗結(jié)果表明：通過改變數(shù)字基高比的時間變量，獲得大重疊度的影像，能夠有效地提高立體定位的高程精度。

E-mail： yiniduan@126.com

中圖分類號：P237

文獻標(biāo)識碼：D

文章編號：1001-1595(2015)02-0235-01

基金項目：海洋公益性行業(yè)科研專項(201205006)

收稿日期：2014-07-09

作者簡介：段依妮(1988—)，女，2014年6月畢業(yè)于北京大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：晏磊教授、李加洪研究員)，研究方向為航空航天高精度目標(biāo)定位理論與方法。

Author： DUAN Yini(1988—)，female，received her doctoral degree from Peking University on June 2014，majors in high accuracy photogrammetric location theory and method.

引文格式：DUAN Yini.Study on Relative Radiometric Correction and Digital Baseline-height Ratio Model for Stereo Mapping[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2015,44(2):235.(段依妮. 遙感影像立體定位的相對輻射校正和數(shù)字基高比模型理論研究[J].測繪學(xué)報，2015,44(2)：235.) DOI:10.11947/j.AGCS.2015.20140373