专利名称：一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法
技术领域：
本发明涉及一种立体像对自动相对定向方法，尤其是涉及一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法。
背景技术：
摄影测量中，影像的相对定向是指在某个选定的像空间辅助坐标系中，重新恢复两幅相互重叠的二维影像摄影时刻的相对位置和姿态关系，从而建立起一个与被摄物体相似的立体几何模型，以确定物点的三维坐标。随着摄影测量的飞速发展，相对定向工作从原始的光学模拟发展到了现在的计算机自动实现。在数字摄影测量的实际生产应用中，原始影像资料可能是量测或非量测相机摄取的数字影像或胶片影像(胶片影像通过高精度影像数字化仪转化为数字影像)。对量测相机所获取的影像一般通过内定向、提取影像特征点、利用二维相关匹配同名点等步骤，之后采用解析迭代法进行相对定向和后续应用；对于倾角较大的航摄影像或非量测相机所摄影像，由于不具备外部定向设备，倾斜摄影中的倾角近似值和影像的内方位元素未知，因此通常采用无需未知数初值的相对定向直接解法。但相对定向直接解法的8个参数间存在相关性，在定向条件不好时往往会造成相对定向元素解算精度下降甚至错误。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的相对定向直接解法的8个参数间存在相关性，在定向条件不好时往往会造成相对定向元素解算精度下降甚至错误等的技术问题；提供了一种能够在不需要初值的情况下，消除参数之间的相关性，从而得到更为精确可靠的相对定向元素的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，用于恢复构成立体像对的两张像片的相对方位，建立被摄物体的几何模型，其模型为相应的摄影光线与基线满足共面条件，其特征在于，包括以下步骤步骤1，由视差获取单元根据上述满足共面条件的方程模型得到相对定向直接解的基本模型，并根据所述的相对定向直接解的基本模型得到上下视差；步骤2，由参数获取单元根据上述得到的相对定向直接解的基本模型获得相对定向直接解基本模型的8个未知参数；步骤3，由系数获取单元首先给定基线分量，并根据给定的基线分量获得上述满足共面条件的方程模型的9个系数；步骤4，由条件设定单元设定附加约束条件，并由平差计算单元根据步骤3第一次获取的9个系数作为平差的初值，结合条件设定单元设定的附加约束条件进行平差迭代计算；步骤5，由限差设定单元首先设定一个限差，并根据单位权中误差或未知数改正数与给定的限差比较结果选择执行若单位权中误差或者未知数改正数小于给定的限差时，执行步骤6 ；若单位权中误差或者未知数改正数大于或等于给定的限差时，返回执行步骤4 ；步骤6，由相对定向元素获取单元根据迭代求解出系数LiG = 1Λ9)的精确值，并根据传统相对定向直接解的公式分解得到相对定向元素。在上述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，所述的满足共面条件的方程模型表述如下其数学模型是相应的摄影光线与基线应满足共面条件
BxByBz
F =UVW=0U'V'W'式中，Bx、By、Bz为两张相邻像片的摄影基线分量；(U ν(u' ν' w' ”分别为同名像点在以左摄站为原点的像空间辅助坐标系中的坐标，f和f'分别为左右影像的焦距。在上述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，所述的步骤1 中，视差获取单元的具体操作步骤如下将共面条件方程展开，展开的等式两边同时除以未知数L5,得到相对定向直接解的基本模型，即将满足共面条件的方程模型展开得
^Lfx' +Ufv' -Uff1 +L7xx' +LrXv' -LQxf' = 0L1Yx+L2yy！ _-L3Yf
其中
L1 =Bxcr-Bz
L2 =BxC2--Bz* a2
L3 =BxC3--Bz a3
L4 =BxV-By
L5 =Bxb2"-By* a2
L6 =Bxb3"-By a3
L7 =BzV-By* C1
L8 =Bzb2"-By* C2
L9 =Bzb3_-By* C3等式两边同除以L5可得I^yx'+ Z02JJ'- L yf'+ L°4fa'+ Jy'- L0Jf'+ L07XX '+I^xy'- L09Xf ' = O，其中《=及/4,L05=I然后将基本模型的等式两边同时除以f，同时加上y，并将y'移至右边，即可计算上下视差，即_ +++。上下视差y-y'可组成误差方程的常数项，用于最小二乘平差，解算相对定向直接解基本模型的8个未知参数《，其中，i = l，2，3，4，6，7，8，9，g=l。在上述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，所述的步骤2中，参数获取单元的具体工作方法如下利用若干对同名像点，根据最小二乘原理，得到相对定向直接解基本模型的8个未知参数《，其中，i = 1，2，3，4，6，7，8，9，《=1。在上述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，所述的步骤3 中，参数获取单元的具体工作方法如下首先给定基线分量Bx，根据给定的Bx和8个未知撒A (i = l，2，3，4，6，7，8，9，g=l)，根据下式可以计算得到1^5系数L52 = IBx2 / 仏02 +L022 +Lf +L042 +Lf +L062 -L012 -Lf -Lf)L1=L01-L5 (i = 1,2, L,9)By = - (L1L^L2 L8+L3L9) /Bx ；Bz = (L4L7+L5L8+L6L9) /Bx然后根据上式可以得到9个系数，即L^L2……L9。在上述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，所述的步骤4 中，条件设定单元设定的附加约束条件表述如下L1^L2WL32 = Bx2+ (L4L7+L5L8+L6L9) 2/Bx2L42+L52+L62 = BxW(L1LAL2Li^L3L9)2ZBx2；L72+L82+L92 = (1^7+1^8+13^) 2/Bx2+ (L4L7+L5L8+L6L9) 2/Bx2L1LJL2LJL3L6 = - (L1LjL2Li^L3L9) · (L4L7+L5L8+L6L9) /Bx2在上述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，所述的步骤5中，所述限差设定单元设定的限差为工作方法如下根据同名像点坐标和
^fjf+J^f-Sf+片f^flfn’，列出误差方程；将四个约
束条件，线性化，得到条件方程；采用迭代平差的方法进行误差方程和条件方程的联合平差，即根据附有条件的间接平差原理，观测值为等权时可列出观测值的误差方程式和未知数之间的条件方程式，建立平差模型如下V = A δ X-LBw δ X-W = 0根据最小二乘平差法，则可列出法方程如下
权利要求
1.一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，用于恢复构成立体像对的两张像片的相对方位，建立被摄物体的几何模型，其模型为相应的摄影光线与基线满足的共面条件方程，其特征在于，包括以下步骤步骤1，由视差获取单元根据上述满足共面条件的方程模型得到相对定向直接解的基本模型，并根据所述的相对定向直接解的基本模型得到上下视差；步骤2，由参数获取单元根据上述得到的相对定向直接解的基本模型获得相对定向直接解基本模型的8个未知参数；步骤3，由系数获取单元首先给定基线分量，并根据给定的基线分量获得上述满足共面条件的方程模型的9个系数；步骤4，由条件设定单元设定附加约束条件，并由平差计算单元根据步骤3第一次获取的9个系数作为平差的初值，结合条件设定单元设定的附加约束条件进行平差迭代计算；步骤5，由限差设定单元首先设定一个限差，并根据单位权中误差或未知数改正数与给定的限差比较结果选择执行若单位权中误差或者未知数改正数小于给定的限差时，执行步骤6 ；若单位权中误差或者未知数改正数大于或等于给定的限差时，返回执行步骤4 ；步骤6，由相对定向元素获取单元根据迭代求解出系数的精确值，并根据传统相对定向直接解的公式分解得到相对定向元素。
2.根据权利要求1所述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，其特征在于，所述的满足共面条件的方程模型表述如下其数学模型是相应的摄影光线与基线应满足共面条件式中，&、办、ife为两张相邻像片的摄影基线分量；ν i^f ilV Wf分别为同名像点在以左摄站为原点的像空间辅助坐标系中的坐标,/和分别为左右影像的焦距。
3.根据权利要求1所述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，其特征在于，所述的步骤1中，视差获取单元的具体操作步骤如下将共面条件方程展开，展开的等式两边同时除以未知数桑得到相对定向直接解的基本模型，即将满足共面条件的方程模型展开得其中
4.根据权利要求1所述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，其特征在于，所述的步骤2中，参数获取单元的具体工作方法如下利用若干对同名像点，根据最小二乘原理，得到相对定向直接解基本模型的8个未知参数
5.根据权利要求1所述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，其特征在于，所述的步骤3中，参数获取单元的具体工作方法如下首先给定基线分量&，根据给定的份和8个未知参数== ,根据下式可以计算得到桑系数
6.根据权利要求1所述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，其特征在于，所述的步骤4中，条件设定单元设定的附加约束条件表述如下
7.根据权利要求1所述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，其特征在于，所述的步骤5中，所述限差设定单元设定的限差为工作方法如下根据同名像 点坐标和片
8.根据权利要求1所述的一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法，其特征在于，所述的步骤5中，单位权中误差计算方法如下
全文摘要
本发明涉及一种附加非线性约束条件的立体像对自动相对定向方法。本发明首先将共面条件方程展开，得到相对定向直接解的基本模型；再利用若干对同名像点求出相对定向直接解基本模型的8个未知参数；给定基线分量Bx，进一步求出共面条件方程展开式的9个系数；将上步求出的9个系数作为平差的初值，结合附加约束条件进行平差计算；逐步迭代求解系数，通过迭代求解出系数的精确值后，可根据传统相对定向直接解的有关公式分解得到相对定向元素。本发明具有如下优点相对定向元素解算过程中无需初值，适用于倾角较大的航摄影像或非量测相机所摄影像，在低空摄影测量和近景摄影测量领域有较好的应用前景。
文档编号G01C11/04GK102419172SQ20111023709
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者张永军, 沈翔, 熊小东, 黄旭 申请人:武汉大学