基于对偶四元数的CCD影像立体定位算法研究

作     者：李志伟 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李克昭

授予年度：2017年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：线阵CCD影像 对偶四元数 空间后方交会 空间前方交会 立体定位 

摘      要：高精度的线阵CCD影像立体定位系统由于其机动灵活、成像分辨率较高、造价成本较低等优点,可方便应用于自然灾害监测与评估和土地利用调查等应用领域。但是,由于线阵CCD影像光束较窄、视场角度较小,导致传统方法的共线条件方程线性化后的定向参数之间具有较强的相关性,以致于很难解算稳定的高精度外方位元素。针对此问题,本文从旋转矩阵和平移向量的构建方法入手,利用对偶四元数能够综合表达旋转和平移参数的优点,将对偶四元数应用到摄影测量立体定位解算中,主要研究成果有以下几个方面:(1)研究了基于对偶四元数的空间相似变换理论,给出了基于对偶四元数的空间相似变换直接解算模型,把对偶四元数应用于描述空间相似变换模型中的旋转矩阵和平移向量参数,并通过仿真计算进一步验证了该模型的正确性。(2)将对偶四元数理论引入到线阵CCD影像立体定位解算模型中,利用对偶四元数描述影像变换的旋转矩阵和平移向量参数,推导并构建了相对位姿估计的全局收敛空间后方交会算法模型。该模型将2D-3D空间的空间后方交会问题转换为3D-3D空间的多次空间相似变换问题,迭代求解线阵CCD影像的外方位元素。最后,通过仿真实验验证了该算法的正确性、有效性和稳定性。(3)基于对偶四元数的全局收敛空间后方交会算法模型实现线阵CCD影像外定向后,结合最小二乘原理,给出了严密的空间前方交会解算模型,可实现线阵CCD影像的立体定位。设计了地面实验进一步验证了整体算法,并与徕卡TCA2003测量机器人的测量与处理结果进行了比较,实验结果表明:基于对偶四元数的形变监测算法具有较高的解算精度,算法的稳定性和实用性较好,可满足较高精度的立体形变监测需求,具有实际的参考价值。