CN107146281A - 一种月球表面高分辨率dem提取方法 - Google Patents

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Abstract

一种月球表面高分辨率DEM提取方法，获取月球影像数据；提取PCAM数据的同名像点与外方位元素；计算同名像点的物方坐标M1；提取CCD前视、后视影像数据的同名像点与LAM数据中的控制点坐标；选取足量的虹湾地区LAM数据控制点通过有理函数模型解算CCD影像的外方位元素；计算CCD影像数据虹湾地区的物方坐标M2；统一M1与M2坐标系，计算M1与M2的误差，如果M1和M2的误差小于指定阈值θ，矫正全月表同名像点的外方位元素，计算CCD影像数据的物方坐标M3；使用M3制作规则的全月DEM。本发明生成高分辨率高精度月表DEM。

Description

一种月球表面高分辨率DEM提取方法
技术领域
本发明涉及属于遥感影像的地形重建技术方法领域，尤其是一种月球表面高分辨率DEM提取方法，目的在于生成高分辨率、高精度月表DEM。
背景技术
月表的三维建模通常以一个数字高程模型(DEM)来显示。利用DEM进行地形描述有其特有的优势：如容易以多种形式显示地形信息，并且其精度不会损失，在需要对其地理信息进行添加或修改等操作时，容易实现自动化、实时化。月表DEM是选择登月着陆点，勘查月球资源，研究月球撞击坑的三维特征等月球探测研究活动不可缺少的基础信息，也是构建基于G/S模式的三维数字月球平台，实现月球三维可视化的重要数据。
随着中国月球探测工程的开展，国内也掀起了月球数字高程模型研究的热潮。国内使用嫦娥工程数据制作全月表DEM的方法大概可以分为2类：⑴直接利用嫦娥激光高度计测高数据制作月球表面模型，利用嫦娥一号卫星搭载的激光高度计在第一次正飞阶段所获取的有效数据点，采用最小曲率法、层次多结点样条算法、Kriging差值等方法生成月球高程模型。由于卫星本身的不稳定性、激光测高计的系统噪声、月球表面的尘埃干扰等因素的影响，激光测高数据本身存在着粗差点，这些粗差点的存在表现为高程异常，使得构建的数字高程模型分辨率、精度较低。⑵根据嫦娥卫星CCD三线阵相机传回的影像数据与星载激光高度计结合得到全月高程数据。首先使用嫦娥卫星搭载的激光高度计所获得的数据作为月面控制点，在此基础上，采用摄影测量原理进行部分外方位元素值的计算，然后通过最小二乘拟合出所有的外方位元素，实现CCD影像每行外方位元素值的计算。然后根据前方交会的原理计算得到离散的月面点坐标，最后选择内插方法对离散的数据点进行内插得到月球DEM。该方法建立的月球DEM与直接使用激光高度计数据制作的月球DEM相比精度有所提高，但是由于月球影像纹理特征不明显，而且其影像灰度受光照影响，导致提取的控制点有一定的误差，这就直接影响了所生成的DEM的精度，其中利用嫦娥一号立体影像提取的月表DEM分辨率只能达到百米级，对嫦娥二号传回的立体影像进行处理，理论上可以得到分辨率优于10米的月表DEM，但仍不能满足我们对月球进行更细致的观察研究。
发明内容
为了克服已有月球表面DEM提取方法的精度较低、分辨率较低的不足，本发明提供一种高精度高分辨率的月球表面DEM提取方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种月球表面高分辨率DEM提取方法，包括以下步骤：
步骤1)获取月球影像数据，包括CE-2CCD影像数据、CE-1激光高度计LAM数据和CE-3全景相机PCAM数据；
步骤2)对步骤1)中的CCD影像前视、后视数据和PCAM数据进行预处理；
步骤3)提取PCAM左右相机的同名像点以及外方位元素；
步骤4)使用摄影测量学中的前方交会方法计算PCAM影像同名像点的物方坐标M1；
步骤5)提取CCD影像数据的同名像点与LAM数据中的控制点坐标；
步骤6)选取足量的虹湾地区LAM数据控制点通过有理函数模型计算影像成像时的外方位元素；
步骤7)使用摄影测量学中前方交会方法计算CCD影像数据虹湾地区的物方坐标M2；
步骤8)统一M1与M2坐标系，计算M1与M2的误差，如果M1和M2的误差大于指定阈值θ，说明有理函数模型系数的定位精度有计算误差，返回步骤6)进行下一次迭代，否则，迭代结束；
步骤9)矫正全月表同名像点的外方位元素，计算CCD影像数据的物方坐标M3；
步骤10)使用M3制作规则的全月DEM。
进一步，所述步骤2)中，预处理包括分析选择影像数据以及影像格式转换。
本发明的有益效果主要表现在：生成高分辨率、高精度月表DEM。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。
一种月球表面高分辨率DEM提取方法，包括以下步骤：
步骤1)获取月球影像数据，包括CE-2CCD影像数据、CE-1激光高度计LAM数据和CE-3全景相机PCAM数据；
步骤2)对步骤1)中的CCD影像数据和PCAM数据进行预处理(分析选择影像数据以及影像格式转换等)；
步骤3)提取PCAM左右相机的同名像点以及外方位元素；
步骤4)使用摄影测量学中的前方交会方法计算PCAM影像同名像点的物方坐标M1；
步骤5)提取CCD影像数据的同名像点与LAM数据中的控制点坐标；
步骤6)选取足量的虹湾地区LAM数据控制点通过有理函数模型计算影像成像时的外方位元素；
步骤7)使用摄影测量学中前方交会方法计算CCD影像数据虹湾地区的物方坐标M2；
步骤8)统一M1与M2坐标系，计算M1与M2的误差，如果M1和M2的误差大于指定阈值θ，说明CCD相机外方位元素有计算误差，返回步骤7)进行下一次迭代，否则，迭代结束；
步骤9)矫正全月表同名像点的外方位元素，计算CCD影像数据的物方坐标M3；
步骤10)使用M3制作规则的全月DEM。
建立有理函数模型的前提条件是选取足够数量的月面控制点，对于CCD线阵推扫式成像模型建立三阶有理函数模型，而且为了避免法方程的病态问题选取均匀分布于影像上的点作为控制点，利用相机焦距、像元尺寸、传感器角度这三个基本参数，解算出有理函数模型系数及外方位元素。
通过有理函数模型求解像片外方位元素Xs、Ys、Zs、ω、κ后，由前方交会的基本思想：由一个像对两张像片各自的外方位元素：Xs1、Ys1、Zs1、ω1、κ1和Xs2、Ys2、Zs2、ω2、κ2，再根据待定点的一对像点坐标a(x,y)与a'(x',y')，求解待定点的物方坐标A(XA,YA,ZA)。其中(Xs、Ys、Zs)为摄影中心在地面坐标系中的坐标，ω、κ分别为摄影中心的航向、旁向以及像片旋转角度。
其中，摄影基线B的三个坐标分量(Bx,By,Bz)可由外方位元素计算：
计算像点a(x,y)和a'(x',y')的空间辅助坐标A1(X1,Y1,Z1)和A2(X2,Y2,Z2)。
其中，旋转矩阵R1，R2，表示为：
由式(1)、(2)计算投影系数N1、N2：
求解待定点的物方坐标A(XA,YA,ZA)如下：
所以有效提取CCD影像的控制点，对相机外方位元素解算以及对全月表DEM精度都有极大影响。

Claims (2)

1.一种月球表面高分辨率DEM提取方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)获取月球影像数据，包括CE-2CCD影像数据、CE-1激光高度计LAM数据和CE-3全景相机PCAM数据；
步骤2)对步骤1)中的CCD影像前视、后视数据和PCAM数据进行预处理；
步骤3)提取PCAM左右相机的同名像点以及外方位元素；
步骤4)使用摄影测量学中的前方交会方法计算PCAM影像同名像点的物方坐标M1；
步骤5)提取CCD影像数据的同名像点与LAM数据中的控制点坐标；
步骤6)选取足量的虹湾地区LAM数据控制点通过有理函数模型计算影像成像时的外方位元素；
步骤7)使用摄影测量学中前方交会方法计算CCD影像数据虹湾地区的物方坐标M2；
步骤8)统一M1与M2坐标系，计算M1与M2的误差，如果M1和M2的误差大于指定阈值θ，说明有理函数模型系数的定位精度有计算误差，返回步骤6)进行下一次迭代，否则，迭代结束；
步骤9)矫正全月表同名像点的外方位元素，计算CCD影像数据的物方坐标M3；
步骤10)使用M3制作规则的全月DEM。
2.如权利要求1所述的一种月球表面高分辨率DEM提取方法，其特征在于：所述步骤2)中，预处理包括分析选择影像数据以及影像格式转换。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108305301A (zh) * 2018-01-25 2018-07-20 山东大学 一种基于遥感影像的月表多尺度纹理生成方法
CN109064515A (zh) * 2018-07-09 2018-12-21 国家卫星气象中心 一种对月观测数据提取方法及提取装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101950436A (zh) * 2010-09-29 2011-01-19 中国科学院国家天文台 利用激光高度计数据制作数字高程模型的方法
CN102735225A (zh) * 2011-04-08 2012-10-17 中国科学院国家天文台 月球控制网的建立方法
CN104282006A (zh) * 2014-09-30 2015-01-14 中国科学院国家天文台 基于嫦娥二号数据的高分辨率影像拼接方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101950436A (zh) * 2010-09-29 2011-01-19 中国科学院国家天文台 利用激光高度计数据制作数字高程模型的方法
CN102735225A (zh) * 2011-04-08 2012-10-17 中国科学院国家天文台 月球控制网的建立方法
CN104282006A (zh) * 2014-09-30 2015-01-14 中国科学院国家天文台 基于嫦娥二号数据的高分辨率影像拼接方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
W. ZUO ET AL.: "Scientific Data and its Release Of Chang’E-3 Mission", 《47TH LUNAR AND PLANETARY SCIENCE CONFERENCE》 *
WEN-RUI WANG ET AL.: "Terrain reconstruction from Chang’e-3 PCAM images", 《RAA 2015》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108305301A (zh) * 2018-01-25 2018-07-20 山东大学 一种基于遥感影像的月表多尺度纹理生成方法
CN109064515A (zh) * 2018-07-09 2018-12-21 国家卫星气象中心 一种对月观测数据提取方法及提取装置
CN109064515B (zh) * 2018-07-09 2020-07-07 国家卫星气象中心 一种对月观测数据提取方法及提取装置

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