遥感影像立体定位的相对辐射校正和数字基高比模型理论研究

遥感影像立体定位的相对辐射校正和数字基高比模型理论研究

段依妮

国家海洋环境预报中心，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

遥感影像的高精度立体定位是保证国土基础测绘和高精度空间信息服务的关键。目前在无地面控制点的情况下，遥感影像的直接定位精度难以满足各类比例尺测图的精度要求，并且高程精度比平面精度更难达到。如何降低立体定位过程中的误差因素、提高立体定位精度，是目前亟须解决的问题。为此，论文从立体定位的辐射误差和几何误差来源入手，对立体影像的基高比及其与传感器参量的理论模型进行了深入研究，完成的主要工作和创新点有：

(1) 系统研究了遥感影像立体定位的辐射与几何误差相关联的方法。从理论和试验两个方面定量地研究了影像辐射畸变对立体定位精度的影响，推导出辐射畸变与影像匹配精度的数学关系。研究结果表明：辐射畸变将降低影像匹配的精度，从而影响立体定位精度，并且条带噪声比环形噪声对匹配精度的影响更明显。由于辐射畸变是相对辐射定标精度的反映，因此也证明了相对辐射定标精度对立体定位精度具有较大影响。

(2) 建立了一套从遥感传感器相对辐射定标到影像相对辐射校正的立体定位辐射误差校正方法。从遥感传感器入手，给出了一种基于灰阶靶标的室外相对辐射定标方法。在此基础上，提出了室外定标和图像统计法结合的相对辐射校正方法，该方法不仅能够保留原始影像的有效信息，而且能够显著改善影像的辐射精度，在混合型条带噪声的去除方面具有明显优势。相对辐射定标与校正方法的建立，为消除辐射畸变对立体定位精度的影响、将立体定位误差的辐射因素与几何因素分离提供了一种有效途径。

(3) 针对经典摄影测量中的基高比无法准确表达数字航摄相机参量与高程精度之间关系的问题，提出并建立了数字摄影测量中包含三维空间和一维时间变量的数字基高比模型理论。其科学内涵为：首先，多拼接相机通过改变二维面积(相机拼接个数、CCD芯片大小)、一维垂直缩放(镜头焦距、物像距)来改变基高比的大小，使得基高比成为三维空间变量函数；同时，CCD积分时间可变、扫描间隔可变、相机阵列同步成像等新技术的应用，通过改变交会影像拍摄时间间隔改变基高比的大小，使得基高比成为一维时间变量函数。数字基高比四维时空函数模型的建立，不仅涵盖了经典基高比的定义，而且完整全面地反映了数字摄影测量中基高比的特点及本质。

(4) 建立了数字基高比的空间变量与高程精度的关联模型，推导出数字航摄相机的镜头焦距、CCD探元物理尺寸、影像航向幅面、CCD航向探元数等三维空间变量与高程精度的数学关系表达，并基于涿州几何检校场开展了试验验证。研究结果表明：通过改造数字航摄相机，例如减小相机焦距、减小CCD探元物理尺寸、增大影像航向幅面、增加CCD航向探元数，能够提高立体定位的高程精度，从而为数字航摄相机的优化设计提供了理论依据。

(5) 建立了数字基高比的时间变量与高程精度的关联模型，详细分析了多基线影像的获取与编组方法。通过改造数字航摄相机，采用CCD成像扫描周期调节、行-帧数调节、相机阵列等多种新技术获取多基线立体影像，既能够保证较大的交会角，又可增加交会影像数和冗余观测值，从而提高立体定位的高程精度。试验结果表明：通过改变数字基高比的时间变量，获得大重叠度的影像，能够有效地提高立体定位的高程精度。

E-mail： yiniduan@126.com

中图分类号：P237

文献标识码：D

文章编号：1001-1595(2015)02-0235-01

基金项目：海洋公益性行业科研专项(201205006)

收稿日期：2014-07-09

作者简介：段依妮(1988—)，女，2014年6月毕业于北京大学，获工学博士学位(指导教师：晏磊教授、李加洪研究员)，研究方向为航空航天高精度目标定位理论与方法。

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. 遥感影像立体定位的相对辐射校正和数字基高比模型理论研究[J].测绘学报，2015,44(2)：235.) DOI:10.11947/j.AGCS.2015.20140373