遙感影像立體定位的相對(duì)輻射校正和數(shù)字基高比模型理論研究

段依妮

國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)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(guó)土基礎(chǔ)測(cè)繪和高精度空間信息服務(wù)的關(guān)鍵。目前在無(wú)地面控制點(diǎn)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(cè)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(guò)程中的誤差因素、提高立體定位精度，是目前亟須解決的問(wèn)題。為此，論文從立體定位的輻射誤差和幾何誤差來(lái)源入手，對(duì)立體影像的基高比及其與傳感器參量的理論模型進(jìn)行了深入研究，完成的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)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(yàn)兩個(gè)方面定量地研究了影像輻射畸變對(duì)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(duì)匹配精度的影響更明顯。由于輻射畸變是相對(duì)輻射定標(biāo)精度的反映，因此也證明了相對(duì)輻射定標(biāo)精度對(duì)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(duì)輻射定標(biāo)到影像相對(duì)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(duì)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(jì)法結(jié)合的相對(duì)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(shì)。相對(duì)輻射定標(biāo)與校正方法的建立，為消除輻射畸變對(duì)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(duì)經(jīng)典攝影測(cè)量中的基高比無(wú)法準(zhǔn)確表達(dá)數(shù)字航攝相機(jī)參量與高程精度之間關(guān)系的問(wèn)題，提出并建立了數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中包含三維空間和一維時(shí)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(jī)通過(guò)改變二維面積(相機(jī)拼接個(gè)數(shù)、CCD芯片大小)、一維垂直縮放(鏡頭焦距、物像距)來(lái)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(shí)，CCD積分時(shí)間可變、掃描間隔可變、相機(jī)陣列同步成像等新技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)改變交會(huì)影像拍攝時(shí)間間隔改變基高比的大小，使得基高比成為一維時(shí)間變量函數(shù)。數(shù)字基高比四維時(shí)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(cè)量中基高比的特點(diǎn)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(jī)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(chǎng)開(kāi)展了試驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：通過(guò)改造數(shù)字航攝相機(jī)，例如減小相機(jī)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(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

(5) 建立了數(shù)字基高比的時(shí)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(guò)改造數(shù)字航攝相機(jī)，采用CCD成像掃描周期調(diào)節(jié)、行-幀數(shù)調(diào)節(jié)、相機(jī)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(huì)角，又可增加交會(huì)影像數(shù)和冗余觀測(cè)值，從而提高立體定位的高程精度。試驗(yàn)結(jié)果表明：通過(guò)改變數(shù)字基高比的時(shí)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(hào)：P237

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：D

文章編號(hào)：1001-1595(2015)02-0235-01

基金項(xiàng)目：海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201205006)

收稿日期：2014-07-09

作者簡(jiǎn)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?yàn)楹娇蘸教旄呔饶繕?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(duì)輻射校正和數(shù)字基高比模型理論研究[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2015,44(2)：235.) DOI:10.11947/j.AGCS.2015.20140373