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基于四元数的线阵ccd影像定位技术研究

基于四元数的线阵CCD影像定位技术研究

作者：龚辉解放军信息工程大学

学位级别：硕士

航天线阵ccd(Chorse Coupled Device)影像在遥感影像定位中具有广泛的应用,其摄影高度大,视场角小,光束窄,以致传统的线性化共线条件方程定向参数之间具有较强的相关性,很难得到稳定的高精度解。本文以四元数为工具,研究了四元数在摄影... 详细信息

航天线阵ccd(Chorse Coupled Device)影像在遥感影像定位中具有广泛的应用,其摄影高度大,视场角小,光束窄,以致传统的线性化共线条件方程定向参数之间具有较强的相关性,很难得到稳定的高精度解。本文以四元数为工具,研究了四元数在摄影测量定位中的应用,对基于四元数的线阵ccd影像定位技术所涉及的病态问题求解、四元数描述外方位元素、四元数光束法平差等关键问题进行了深入研究,主要内容包括: 1、研究了基于四元数的空间后方交会和绝对定向直接解法,提出了对偶四元数进行绝对定向的直接解法,把对偶四元数应用于描述绝对定向中的旋转和平移参数,成功进行绝对定向解算并进行对比实验论证。 2、针对线阵ccd影像外方位元素求解中出现的病态问题,从理论上分析了其产生的原因,提出了一种解决病态问题的改进有偏估计新方法,用于求解线阵ccd影像的外方位元素。 3、将四元数理论引入到线阵ccd影像定位中,用四元数描述其摄影姿态并构建旋转矩阵,借鉴EFP思想,提出了基于四元数的外方位元素改进EFP(Equivalent Frame Photo)模型,由此进行外定向并进行实验论证。 4、将一幅线阵ccd影像首尾扫描行的外方位角元素用四元数描述,利用四元数球面线性插值(Spherical Linear Interpolation,SLERP)内插得到任意一扫描行姿态,提出了外方位元素的SLERP模型,推导出了相应的误差方程,并进行外定向计算,有效避免了欧拉角模型涉及的大量三角函数计算及不稳定因素,为线阵ccd影像外定向提供了一个新的技术途径。 5、考虑到控制点数据可能存在粗差的情况,引入粗差探测,结合基于四元数的外方位元素改进EFP模型和SLERP模型进行外定向,并利用严密的空间前方交会进行定位实验,结果论证了算法的正确性及优越性。 6、研究了基于四元数的线阵ccd影像光束法平差,该方法对平差初始值要求不高,只需取零初始值即可。实验结果表明平面的平差精度较高,高程精度稍差一些。

关键词：摄影测量定位线阵ccd影像四元数对偶四元数球面线性插值绝对定向光束法平差

分层流风波水槽中基于线阵ccd水面影像反演内孤立波的实验研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2015年第1期45卷 99-105页

作者：魏岗王欣隆陈祥瑞曾文华杜辉李万鹏解放军理工大学气象海洋学院南京211101

在大型重力式分层流风波水槽系统中,利用风生波原理模拟水面随机小尺度波场,采用重力塌陷方式产生大振幅孤立子内波,通过线阵ccd影像记录其传播过程中引起的水面小尺度波结构变化,分析孤立子内波对水面短重力波及毛细(重力)波的影响规律... 详细信息

在大型重力式分层流风波水槽系统中,利用风生波原理模拟水面随机小尺度波场,采用重力塌陷方式产生大振幅孤立子内波,通过线阵ccd影像记录其传播过程中引起的水面小尺度波结构变化,分析孤立子内波对水面短重力波及毛细(重力)波的影响规律,建立线阵ccd图像灰度特征与内波要素特征的关系,进而由水面波场变化反演出水下孤立子内波的特征结构.实验结果证实了本文方法的有效性,也为实际利用海面粗糙度及海水层化特性遥感海水内部动力学研究提供了新的途径.

关键词：分层流水槽孤立子内波水面粗糙度线阵ccd影像

扩展核线模型在线阵ccd卫星遥感影像立体匹配中的应用

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高技术通讯 2006年第6期16卷 570-574页

作者：巩丹超张永生刘宏解放军信息工程大学测绘学院郑州450052

核线（epipolarity）是立体摄影测量分析像对几何关系的一个基本概念，在摄影测量的处理当中有着重要的应用价值，但经典的核线关系仅适用于框幅式中心投影影像。针对线阵ccd卫星遥感立体影像，将基于投影轨迹法的扩展核线模型引用到影... 详细信息

核线（epipolarity）是立体摄影测量分析像对几何关系的一个基本概念，在摄影测量的处理当中有着重要的应用价值，但经典的核线关系仅适用于框幅式中心投影影像。针对线阵ccd卫星遥感立体影像，将基于投影轨迹法的扩展核线模型引用到影像匹配中，提出了一种基于动态核线的近似直线约束方法，实现了线阵ccd立体影像匹配的核线约束；在此核线模型应用的基础上，提出了一种基于核线的成像约束方法。试验结果表明前一种方法在匹配速度方面比传统方法有显著的提高，后一种方法在匹配精度、可靠性方面比传统方法有明显提高。

关键词：线阵ccd影像核线影像匹配

正则化总体最小二乘用于光学线阵遥感影像定位

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光学精密工程 2017年第1期25卷 236-244页

作者：郭文月余岸竹刘海砚姜挺魏祥坡信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001 地理信息工程国家重点实验室陕西西安710054

针对光学线阵遥感影像几何定位中,系统误差改正参数对应系数矩阵存在误差的问题,提出了一种基于正则化总体最小二乘的光学线阵遥感影像定位方法。首先依据有理函数模型的定义,构建共线条件方程,利用线性化构建光学线阵影像定位方法和系... 详细信息

针对光学线阵遥感影像几何定位中,系统误差改正参数对应系数矩阵存在误差的问题,提出了一种基于正则化总体最小二乘的光学线阵遥感影像定位方法。首先依据有理函数模型的定义,构建共线条件方程,利用线性化构建光学线阵影像定位方法和系统误差改正方法,然后依据EIV模型的定义和性质构建相应的优化目标函数,并引入正则化项,依据Lagrange条件极值原理推导基于正则化总体最小二乘的系统误差参数迭代估计方法。实验结果表明:与经典的最小二乘平差算法相比,该方法的总体定位精度提高了11.61%,且比Tikhonov正则化法的定位精度平均提高了6.06%。本文提出方法在不增加任何额外控制信息的情况下,是提高光学线阵影像定位精度的有效途径。

关键词：线阵ccd影像定位总体最小二乘正则化广义交叉验证

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对偶四元数线阵遥感影像几何定位

中国图象图形学报 2012年第10期17卷 1319-1326页

作者：盛庆红姬亭刘微微王惠南南京航空航天大学航天学院南京210016

提出以对偶四元数为数学工具进行线阵ccd(电荷耦合元件)遥感影像几何定位的全新技术方法。利用对偶四元数建立遥感通用传感器严密成像模型,将光线束的位置和姿态统一用对偶四元数表示,通过传感器扫描光线在空间中的螺旋运动,实现像点到... 详细信息

提出以对偶四元数为数学工具进行线阵ccd(电荷耦合元件)遥感影像几何定位的全新技术方法。利用对偶四元数建立遥感通用传感器严密成像模型,将光线束的位置和姿态统一用对偶四元数表示,通过传感器扫描光线在空间中的螺旋运动,实现像点到其对应地面点物方坐标的变换,从而克服了成像几何参数(外方位元素)之间的强相关性。按照空间刚体变换线性蒙皮混合理论,可以把刚体变换矩阵分解为平移和旋转两个部分,对平移部分进行线性插值,对旋转部分进行球面插值,从而实现线阵ccd遥感影像外方位元素的解算。按照所建立的成像几何模型,利用某地区Geoeye-1遥感影像进行几何定位实验,实验结果表明新算法获得的几何定位精度优于传统算法,能够解决定位参数之间的相关性问题。

关键词：几何定位对偶四元数线阵ccd影像成像几何模型空间后方交会

基于对偶四元数的ccd影像立体定位算法研究

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基于对偶四元数的CCD影像立体定位算法研究

作者：李志伟河南理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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