一種基于大虛擬相機(jī)的窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像拼接方法
【專利摘要】一種基于大虛擬相機(jī)的窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像拼接方法，根據(jù)兩個(gè)單相機(jī)建立大虛擬相機(jī)，根據(jù)兩個(gè)單相機(jī)的幾何成像參數(shù)，建立大虛擬相機(jī)的幾何成像參數(shù)；根據(jù)兩個(gè)單相機(jī)和大虛擬相機(jī)的幾何成像參數(shù)，建立各自的幾何成像模型；解算并輸出大虛擬相機(jī)對(duì)應(yīng)的有理多項(xiàng)式模型系數(shù)；根據(jù)基于幾何成像模型的坐標(biāo)正算過程和坐標(biāo)反算過程對(duì)兩個(gè)單相機(jī)的圖像分別進(jìn)行間接法幾何糾正，得到大虛擬相機(jī)圖像坐標(biāo)系下的兩個(gè)圖像，得到拼接后的大虛擬相機(jī)圖像。本發(fā)明巧妙地借用了大虛擬相機(jī)的概念，在實(shí)現(xiàn)窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像的高精度拼接的同時(shí)，還提供與之相對(duì)應(yīng)的有理多項(xiàng)式模型；且處理過程是全自動(dòng)的、無需人工干預(yù)，適用于地面預(yù)處理過程。
【專利說明】一種基于大虛擬相機(jī)的窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像拼接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天與航空攝影測(cè)量領(lǐng)域，涉及兩臺(tái)窄視場(chǎng)線陣相機(jī)同時(shí)推掃成像的情況下，一種基于大虛擬相機(jī)的窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像拼接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]線陣推掃成像方式是目前獲取高分辨率光學(xué)衛(wèi)星影像的主要傳感器。為了提高光學(xué)影像的空間分辨率，常采用長焦鏡頭；而長焦鏡頭導(dǎo)致觀測(cè)視場(chǎng)變窄；為增加觀測(cè)視場(chǎng)角，采用多片CCD (電荷耦合元件圖像傳感器)拼接或多臺(tái)相機(jī)同時(shí)觀測(cè)的方式。在多臺(tái)相機(jī)同時(shí)觀測(cè)的情況下，每臺(tái)相機(jī)有一套獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng)，遵循各自的幾何成像模型，這給后續(xù)幾何處理帶來額外的工作。
[0003]常規(guī)的雙相機(jī)圖像處理方法有兩種。一種是針對(duì)單相機(jī)圖像進(jìn)行高精度幾何處理，即:對(duì)兩個(gè)相機(jī)的圖像獨(dú)立進(jìn)行幾何糾正，做成正射影像之后再進(jìn)行拼接和勻光處理；這種方法幾何精度較高，但糾正選點(diǎn)和拼接處理的工作量都比較大。另一種是不考慮原始單相機(jī)成像的幾何條件，僅根據(jù)雙相機(jī)重疊區(qū)域內(nèi)的圖像，基于同名點(diǎn)匹配進(jìn)行影像拼接處理；這種方法得到的拼接圖像缺少嚴(yán)格的物理成像模型，幾何精度比較差，難以滿足測(cè)繪等領(lǐng)域的需求。由此可見，一種既能保證幾何精度又不增加常規(guī)后續(xù)處理工作量的雙相機(jī)圖像拼接方法是迫在眉睫的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問題是:針對(duì)同時(shí)成像的兩臺(tái)線陣推掃的窄視場(chǎng)相機(jī)圖像，通過基于大虛擬相機(jī)圖像的幾何糾正，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)拼接處理，同時(shí)輸出大虛擬相機(jī)圖像對(duì)應(yīng)的高精度有理多項(xiàng)式模型系數(shù)。
`[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于大虛擬相機(jī)的窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像拼接方法，根據(jù)兩個(gè)單相機(jī)建立大虛擬相機(jī)，所述大虛擬相機(jī)的焦距介于兩個(gè)單相機(jī)的焦距之間，視場(chǎng)為兩個(gè)單相機(jī)視場(chǎng)之和，主光軸位于兩個(gè)單相機(jī)主光軸的中間；基于大虛擬相機(jī)進(jìn)行以下步驟，
[0006]步驟1，根據(jù)兩個(gè)單相機(jī)的幾何成像參數(shù)，建立大虛擬相機(jī)的幾何成像參數(shù)，所述幾何成像參數(shù)包括相機(jī)參數(shù)和輔助數(shù)據(jù)，大虛擬相機(jī)的輔助數(shù)據(jù)和兩個(gè)單相機(jī)的輔助數(shù)據(jù)相同，對(duì)大虛擬相機(jī)的相機(jī)參數(shù)建立包括求取本體坐標(biāo)系下的視線方向如下，
[0007]設(shè)兩個(gè)單相機(jī)分別記為相機(jī)A、B,相機(jī)A、B分別具有％、N2個(gè)探元，相機(jī)A、B在本體坐標(biāo)系上的重疊探元數(shù)為Ntl，則大虛擬相機(jī)的總探元數(shù)=NJN2-Ntl,
[0008]設(shè)相機(jī)A的CXD的兩端點(diǎn)A0，Al在本體坐標(biāo)系中的平面投影坐標(biāo)為(xACI，yA0)和(xA1，yA1)，相機(jī)B的CXD的兩端點(diǎn)B0，B1在本體坐標(biāo)系中的平面投影坐標(biāo)為(xBQ，yB0)和(xB1, yB1)，大虛擬相機(jī)的CXD兩端點(diǎn)在本體坐標(biāo)系下的平面投影坐標(biāo)(xCQ，yco) (xcl, ycl)通過下式計(jì)算，
【權(quán)利要求】
1.一種基于大虛擬相機(jī)的窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像拼接方法，其特征在于:根據(jù)兩個(gè)單相機(jī)建立大虛擬相機(jī)，所述大虛擬相機(jī)的焦距介于兩個(gè)單相機(jī)的焦距之間，視場(chǎng)為兩個(gè)單相機(jī)視場(chǎng)之和，主光軸位于兩個(gè)單相機(jī)主光軸的中間；基于大虛擬相機(jī)進(jìn)行以下步驟， 步驟1，根據(jù)兩個(gè)單相機(jī)的幾何成像參數(shù)，建立大虛擬相機(jī)的幾何成像參數(shù)，所述幾何成像參數(shù)包括相機(jī)參數(shù)和輔助數(shù)據(jù)，大虛擬相機(jī)的輔助數(shù)據(jù)和兩個(gè)單相機(jī)的輔助數(shù)據(jù)相同，對(duì)大虛擬相機(jī)的相機(jī)參數(shù)建立包括求取本體坐標(biāo)系下的視線方向如下， 設(shè)兩個(gè)單相機(jī)分別記為相機(jī)A、B,相機(jī)A、B分別具有N1、N2個(gè)探元，相機(jī)A、B在本體坐標(biāo)系上的重疊探元數(shù)為N。，則大虛擬相機(jī)的總探元數(shù)=NfN2-Ntl, 設(shè)相機(jī)A的CXD的兩端點(diǎn)ΑΟ,ΑΙ在本體坐標(biāo)系中的平面投影坐標(biāo)為(xACI，yA0)和(xA1，yA1)，相機(jī)B的CXD的兩端點(diǎn)B0，B1在本體坐標(biāo)系中的平面投影坐標(biāo)為(xBQ，yB0)和(xB1, yB1)，大虛擬相機(jī)的CXD兩端點(diǎn)在本體坐標(biāo)系下的平面投影坐標(biāo)(xCQ，yco) (xcl, ycl)通過下式計(jì)算，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于大虛擬相機(jī)的窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像拼接方法，其特征在于:步驟I中，設(shè)衛(wèi)星的本體坐標(biāo)系O-XbYbZb中，原點(diǎn)ο位于衛(wèi)星質(zhì)心,XbYbZb軸分別為衛(wèi)星的滾動(dòng)軸、俯仰軸和偏航軸，按以下方式求取相機(jī)A的CCD的兩端點(diǎn)AO, Al在本體坐標(biāo)系中的平面投影坐標(biāo)(xACI，yA0)和(xA1，yA1)，以及相機(jī)B的CXD的兩端點(diǎn)B0，BI在本體坐標(biāo)系中的平面投影坐標(biāo)(XBQ，Ybo)和(xBi，Ybi )? 設(shè)相機(jī)A和B的內(nèi)方位元素分別為




3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于大虛擬相機(jī)的窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像拼接方法，其特征在于:步驟2中，基于幾何成像模型的坐標(biāo)正算過程實(shí)現(xiàn)如下， 設(shè)Rt、Rgf> Rfb> RBSa、RBSb分別為t時(shí)刻下從J2000慣性坐標(biāo)系到地固地心直角坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣、從軌道坐標(biāo)系到J2000慣性坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣、從本體坐標(biāo)系到軌道坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣、從相機(jī)坐標(biāo)系A(chǔ)到本體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣、從相機(jī)坐標(biāo)系B到本體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，且[Xt Yt Zt]t為t時(shí)刻衛(wèi)星質(zhì)心在地固地心直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)矢量， 相機(jī)A的坐標(biāo)正算過程為，對(duì)于相機(jī)A圖像上的某像點(diǎn)(S，1)，相機(jī)坐標(biāo)系下的光線矢量[Xa(S) yA(s) 1]t，則物方坐標(biāo)[X Y Ζ]t由下列共線方程給出，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于大虛擬相機(jī)的窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像拼接方法，其特征在于:步驟2中，基于幾何成像模型的坐標(biāo)反算過程根據(jù)有理多項(xiàng)式模型實(shí)現(xiàn)，相機(jī)A、B和大虛擬相機(jī)坐標(biāo)的有理多項(xiàng)式模型的系數(shù)分別通過以下步驟得到，首先，對(duì)相機(jī)所得圖像分別劃分規(guī)則格網(wǎng)，對(duì)物方高程劃分多個(gè)高程面，利用相機(jī)的幾何成像模型的坐標(biāo)正算過程，計(jì)算所有虛擬立體格網(wǎng)點(diǎn)的物方坐標(biāo)(X，Y，Z)，并轉(zhuǎn)換為WGS84地理經(jīng)緯度坐標(biāo)(B，L, H)； 然后，將上述各虛擬立體格網(wǎng)點(diǎn)作為控制點(diǎn)，對(duì)有理多項(xiàng)式模型的系數(shù)列出誤差方程式，基于最小二乘準(zhǔn)則迭代求解，解算出有理多項(xiàng)式模型的系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于大虛擬相機(jī)的窄視場(chǎng)雙相機(jī)影像拼接方法，其特征在于:步驟2中，兩個(gè)單相機(jī)的圖像分別進(jìn)行間接法幾何糾正的實(shí)現(xiàn)方式為，以大虛擬相機(jī)圖像坐標(biāo)系為坐標(biāo)系②，以相機(jī)A和B的圖像坐標(biāo)系分別作為坐標(biāo)系①執(zhí)行以下處理， 1)將坐標(biāo)系①的原始圖像四個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)，基于相應(yīng)單相機(jī)的幾何成像模型的坐標(biāo)正算過程和大虛擬相機(jī)的幾何成像模型的坐標(biāo)反算過程，得到輸出圖像在坐標(biāo)系②中的范圍； 2)對(duì)坐標(biāo)系②輸出圖像范圍內(nèi)的每個(gè)像素，通過大虛擬相機(jī)的幾何成像模型的坐標(biāo)正算過程和相應(yīng)單相機(jī)的幾何成像模型的坐標(biāo)反算過程，得到在坐標(biāo)系①的原始圖像坐標(biāo)； 3)根據(jù)坐標(biāo)系①中的原始圖像坐標(biāo)，通過灰度重采樣，得到坐標(biāo)系②相應(yīng)輸出圖像上的每個(gè)像素的灰度值。
【文檔編號(hào)】G01C11/04GK103697864SQ201310737819
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】金淑英, 王密 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)