CN108088467B - 一种基于pos设备与数字航测相机的校验方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公开一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置，涉及测量与遥感技术，能够对系统集成误差进行有效校验。所述的校验方法包括：利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验。本发明适用于进行外方位元素校验。

Description

一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置
本申请是申请日为2016年07月21日、申请号为201610579121.5、发明名称为“一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及测量与遥感技术，尤其涉及一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置。
背景技术
惯性测量单元(IMU，Inertial Measurement Uint)/差分全球定位系统(DGPS，Differential Global Positioning System)辅助航空摄影测量技术在国际上属于新兴技术，随着技术进步和应用实践日益成熟，并逐步应用到航空遥感的各个领域。IMU/DGPS系统已经成为数字航摄仪以及机载激光扫描系统的必备装备。目前，通过在IMU/DGPS系统中加装定位定向系统(POS，Position and Orientation System)设备，形成航空遥感集成系统，可直接测定IMU/DGPS系统的姿态参数，通过对IMU、DGPS数据进行联合处理，可以快速获取测图所需的高精度外方位元素。
但该航空遥感集成系统，存在系统误差，其系统误差的来源如下：
①IMU/DGPS系统随时间累计的漂移误差；
②系统集成误差；
③系统时间同步误差；
④地球曲率引起的误差；
⑤大气折光差。
其中，第一项误差属于航空遥感集成系统本身固有的误差，对于航空遥感集成系统的漂移误差，主要是陀螺仪所固有的随机误差，在相应POS数据后处理软件中可通过相应多项式模型予以拟合处理；
后两项属于传统摄影测量固有的误差，可直接引用传统摄影测量的研究成果和经验公式；
第二项和第三项属于集成系统引进的误差，即在航空遥感集成系统中，由于POS设备与数字航测相机集成而引进的误差，称之为系统集成误差。其中，
由三个角元素和三个线元素组成的外方位元素的偏移值(偏心分量)是引起系统集成误差的主要因素。外方位元素是用于描述摄影中心的空间坐标值和姿态的参数，其中，三个线元素用于描述摄影中心的空间坐标值；另外三个角元素用于描述像片的空间姿态。理想情况下，在POS设备辅助航空摄影测量时，IMU一般与数字航测相机紧密固联。IMU本体坐标系与数字航测相机的本体坐标系的对应的轴应该平行，但由于集成安装的原因，将IMU与数字航测相机固联之后，两坐标系的相应轴实际是不可能平行的，相应轴间的夹角称为偏心角，分解在三个方向，形成三个角元素，该偏心角在实际应用中必须检校，并在坐标转换中予以考虑。
地球曲率以及数字航测相机内方位元素中焦距的变化引起线元素分量的偏移值。地球曲率的影响表现在摄影测量区域网平差中采用的数学模型的坐标系统与确定区域网绝对空间位置的控制点坐标系统不一致。航摄条件的变化引起焦距的变化从而使得航空摄影测量地面坐标产生变化。
对于系统时间同步误差，由于航摄飞机的飞行速度一般为50～550km/h。由于短时间内，飞行速度不可能发生太大变化，假设线性内插误差是POS观测历元距离的1％。对于飞行速度为600km/h的飞机和输出频率为200Hz的航空遥感集成系统，时间同步误差约为0.8cm。因而，对于摄影测量而言，这一数量级完全可以忽略不计。
目前，对于POS设备与数字航测相机集成而引进的系统集成误差，还没有有效的校验方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置，能够对系统集成误差进行有效校验。
第一方面，本发明实施例提供一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法，包括：
利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；
采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；
利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验；
利用所求测区的外方位元素安置定向；
利用所求测区的外方位元素安置定向包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取验证飞行曝光点的姿态；
利用验证的飞行曝光点的姿态以及获取的偏心角元素及偏心线元素，验证飞行影像的外方位元素；
利用验证的飞行影像的外方位元素进行DG精度验证；
所述利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素包括：
通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值；
与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距，所述偏心角为在IMU与数字航测相机固联后，两坐标系的相应轴间的夹角；
所述偏心距求解按下式：
Figure GDA0002489704990000031
式中，
Figure GDA0002489704990000032
为影像的三个外方位元素；
Figure GDA0002489704990000041
为IMU中心与相机中心的矢量分别在X轴、Y轴以及Z轴方向的投影，即X轴偏心距、Y轴偏心距以及Z轴偏心距，
Figure GDA0002489704990000042
式中，
Figure GDA0002489704990000043
为Xs的均值；
Figure GDA0002489704990000044
通过组合导航数据处理之后得到；
将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素；
所述通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值包括：
在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值；
所述在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值包括：
对影像进行处理，获取测区满足要求的影像；
对获取的影像进行单片后方交会；
获取像点坐标；
利用空三加密求解影像，获取检校飞行影像的外方位元素真值；
所述与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距包括：
对获取的POS数据进行处理，解算出数字航测相机的曝光时间，制作成Mark文件导入组合导航后处理软件，利用所述组合导航后处理软件获取测区曝光时刻IMU姿态、IMU中心的西安80坐标；
获取地面辅助坐标系中央原点的经纬度；
构建误差方程式，求解偏心角的最佳估计；
所述求解偏心角的最佳估计包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取检校曝光点的姿态；
获取检校控制点坐标；
依据所述检校曝光点的姿态、检校控制点坐标以及外方位元素真值，获取偏心角元素及偏心线元素。
结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，所述将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素包括：
将求解得到的偏心角的最佳估计代入预先设置的公式，结合POS数据求解测区所需要的外方位角元素；
利用组合导航输出的位置参数与外方位线元素真值之间的关系解求偏心距和偏心角；
将求解的偏心角偏心距用来改正所求测区POS数据，获取所求测区的外方位元素。
第二方面，本发明实施例提供一种基于POS设备与数字航测相机的校验装置，包括：外方位元素解算模块、检核模块、校验模块以及安置定向模块，其中，
外方位元素解算模块，用于利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；
检核模块，用于采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；
校验模块，用于利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验；
安置定向模块、用于利用所求测区的外方位元素安置定向；
利用所求测区的外方位元素安置定向包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取验证飞行曝光点的姿态；
利用验证的飞行曝光点的姿态以及获取的偏心角元素及偏心线元素，验证飞行影像的外方位元素；
利用验证的飞行影像的外方位元素进行DG精度验证；
所述外方位元素解算模块包括：真值计算单元、偏心角距计算单元以及外方位元素计算单元，其中，
真值计算单元，用于通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值；
偏心角距计算单元，用于与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距，所述偏心角为在IMU与数字航测相机固联后，两坐标系的相应轴间的夹角；
所述偏心距求解按下式：
Figure GDA0002489704990000061
式中，
Figure GDA0002489704990000062
为影像的三个外方位元素；
Figure GDA0002489704990000063
为IMU中心与相机中心的矢量分别在X轴、Y轴以及Z轴方向的投影，即X轴偏心距、Y轴偏心距以及Z轴偏心距，
Figure GDA0002489704990000064
式中，
Figure GDA0002489704990000065
为XS的均值；
Figure GDA0002489704990000066
通过组合导航数据处理之后得到；
外方位元素计算单元，用于将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素；
所述真值计算单元包括：影像获取子单元、交会子单元、像点坐标获取子单元以及真值计算子单元，其中，
影像获取子单元，用于对影像进行处理，获取测区满足要求的影像；
交会子单元，用于对获取的影像进行单片后方交会；
像点坐标获取子单元，用于获取像点坐标；
真值计算子单元，用于利用空三加密求解影像，获取检校飞行影像的外方位元素真值；
所述偏心角距计算单元包括：处理子单元、经纬度获取子单元以及估计子单元，其中，
处理子单元，用于对获取的POS数据进行处理，解算出数字航测相机的曝光时间，制作成Mark文件导入组合导航后处理软件，利用所述组合导航后处理软件获取测区曝光时刻IMU姿态、IMU中心的西安80坐标；
经纬度获取子单元，用于获取地面辅助坐标系中央原点的经纬度；
估计子单元，用于构建误差方程式，求解偏心角的最佳估计；所述求解偏心角的最佳估计包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取检校曝光点的姿态；
获取检校控制点坐标；
依据所述检校曝光点的姿态、检校控制点坐标以及外方位元素真值，获取偏心角元素及偏心线元素。
结合第二方面，在第二方面的第一种实施方式中，所述外方位元素计算单元包括：第一求解子单元、偏心角距获取子单元以及第二求解子单元，其中，
第一求解子单元，用于将求解得到的偏心角的最佳估计代入预先设置的公式，结合POS数据求解测区所需要的外方位角元素；
偏心角距获取子单元，用于利用组合导航输出的位置参数与外方位线元素真值之间的关系解求偏心距和偏心角；
第二求解子单元，用于将求解的偏心角偏心距用来改正所求测区POS数据，获取所求测区的外方位元素。
本发明实施例提供的一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法及装置，通过利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验，能够对系统集成误差进行有效校验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的实施例一基于POS设备与数字航测相机的校验方法流程示意图；
图2为本发明的实施例二基于POS设备与数字航测相机的校验装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的实施例一基于POS设备与数字航测相机的校验方法流程示意图，如图1所示，本实施例的方法，可以包括：
步骤101，利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；
本实施例中，数字航测相机和IMU关系的检校是指偏心角和偏心距的检校。作为一可选实施例，利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素包括：
通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值；
与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距；
将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素。
本实施例中，需要在检校场地面布设一定数量的像控点，需要仪器RTK。根据获取的数据分为POS数据与影像数据。
本实施例中，在系统集成误差中，偏心角和偏心分量的求解是集成系统检校的关键技术，而进行集成检校的目的是得到集成系统误差，即求解偏心角和线元素偏心分量。即通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值；与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距的具体流程如下：
在IMU与数字航测相机固联后，两坐标系的相应轴间的夹角为偏心角，分解在三个方向，形成三个角元素，记为ex、ey、ez。
航摄仪(数字航测相机)本体坐标系(c)到IMU本体坐标系(b)的旋转矩阵由IMU与数字航测相机之间固定的安装角度(偏心角)确定，如式1.1所示：
Figure GDA0002489704990000091
式中，
ex、ey、ez均为一个微小量(＜3°)，因而，该旋转矩阵可采用微分旋转矩阵即可，如式(1.2)所示：
Figure GDA0002489704990000092
本实施例中，如何利用上述由偏心角元素组成的旋转矩阵，建立航空遥感集成系统后处理数据与摄影测量外方位元素之间的关系，是系统集成误差检校的关键。根据坐标系统转换关系，构建式(1.3)：
Figure GDA0002489704990000101
式中，
Figure GDA0002489704990000102
为像空间坐标系到地面辅助坐标系的旋转矩阵；即所要求解的摄影测量外方位角元素。
Figure GDA0002489704990000103
为地心坐标系到地面辅助坐标系的旋转矩阵；
Figure GDA0002489704990000104
为导航坐标系到地心坐标系的选转矩阵；
Figure GDA0002489704990000105
为IMU本体坐标系到导航坐标系的旋转矩阵；
Figure GDA0002489704990000106
为像空间坐标系到航摄仪本体坐标系的旋转矩阵；
Figure GDA0002489704990000107
为偏心角组成的旋转矩阵。
本实施例中，
Figure GDA0002489704990000108
可以通过解算数据和已有的固有关系得到，因而，如果能够确定由偏心角组成的旋转矩阵即
Figure GDA0002489704990000109
则可直接确定外方位角元素
Figure GDA00024897049900001010
本实施例中，偏心距求解可按式(1.4)：
Figure GDA00024897049900001011
式中，
Figure GDA00024897049900001012
为影像的三个外方位元素；
Figure GDA00024897049900001013
为IMU中心与相机中心的矢量分别在X轴、Y轴以及Z轴方向的投影，即X轴偏心距、Y轴偏心距以及Z轴偏心距。例如，
Figure GDA00024897049900001014
式中，
Figure GDA00024897049900001015
为XS的均值。
Figure GDA0002489704990000111
可通过组合导航数据处理之后得到，例如，使用Inertial Explorer软件，通过添加基站GPS数据、移动站数据、IMU数据，进行全球导航卫星系统(GNSS，GlobalNavigation Satellite System)解算，然后，与IMU数据松组合解算，再进行组合与平滑，得到该参数。
结合检校场求解的外方位元素真值，即可求得偏心距。将求解的偏心距代入式(1.4)，可得到测区外方位线元素，即旋转矩阵：
Figure GDA0002489704990000112
由外方位线元素以及外方位角元素，可以得到外方位元素。
本实施例中，POS所获得的外方位元素经过偏心角和线元素偏心分量(偏心距)的改正得到测区其他影像外方位元素。
本实施例中，通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值包括：
在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值。
本实施例中，根据影像覆盖范围内一定数量的分布合理的地面控制点(已知其像点和地面点的坐标)，利用共线条件方程求解像片外方位元素。
作为一可选实施例，在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值包括：
A01，对影像进行处理，获取测区满足要求的影像；
A02，对获取的影像进行单片后方交会；
A03，获取像点坐标；
A04，利用空三加密求解影像，获取检校飞行影像的外方位元素真值。
本实施例中，作为一可选实施例，与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距包括：
A11，对获取的POS数据进行处理，解算出数字航测相机的曝光时间，制作成Mark文件导入组合导航后处理软件，利用所述组合导航后处理软件获取测区曝光时刻IMU姿态、IMU中心的西安80坐标；
A12，获取地面辅助坐标系中央原点的经纬度；
A13，构建误差方程式，求解偏心角的最佳估计。
本实施例中，求解偏心角的最佳估计包括：
B11，利用测区曝光时刻IMU姿态获取检校曝光点的姿态；
B12，获取检校控制点坐标；
B13，依据所述检校曝光点的姿态、检校控制点坐标以及外方位元素真值，获取偏心角元素及偏心线元素。
本实施例中，作为一可选实施例，将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素包括：
A14，将求解得到的偏心角的最佳估计代入预先设置的公式，结合POS数据求解测区所需要的外方位角元素；
A15，利用组合导航输出的位置参数与外方位线元素真值之间的关系解求偏心距和偏心角；
A16，将求解的偏心角偏心距用来改正所求测区POS数据，获取所求测区的外方位元素。
步骤102，采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；
步骤103，利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验。
本实施例中，作为一可选实施例，该方法还包括：
利用所求测区的外方位元素安置定向。
本实施例中，作为一可选实施例，利用所求测区的外方位元素安置定向包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取验证飞行曝光点的姿态；
利用验证的飞行曝光点的姿态以及获取的偏心角元素及偏心线元素，验证飞行影像的外方位元素；
利用验证的飞行影像的外方位元素进行DG精度验证。
本实施例提供的基于POS设备与数字航测相机的校验方法。可用于直接地理定向(DG)，进一步缩短内业工期，提高工作效率。
本实施例中，检校数据是利用SW-LiDAR系统在湖北襄阳飞行的数据，检校参数的解算及验证步骤如下：
1)在测区布设足够数量控制点，此像控点是西安80坐标系。空三加密求解影像的外方位元素，作为真值。
本步骤中，空三加密求解影像的外方位元素包括：依次利用内定向、相对定向、绝对定向以及平差的方法，可直接输出每张影像的外方位元素(真值)，即外方位元素中的三个线元素：XS、YS、ZS。
2)解算出相机的曝光时间，制作成Mark文件导入组合导航软件IE。利用组合导航后处理软件获取曝光时刻IMU姿态、IMU中心的西安80坐标。
本步骤中，解算出相机的曝光时间包括：相机曝光时间是以GPS时间为基准，相机曝光的脉冲信号一方面触发相机曝光，一方面被控制器记录。之后只需要用软件提取。
IMU姿态、IMU中心的西安80坐标对应Xb辅、Yb辅、Zb辅。
3)获取地面辅助坐标系测区中央原点的经纬度(L0，B0)。
本步骤中，利用GPS记录WGS-84大地坐标(L，B)获取地面辅助坐标系测区中央原点的经纬度(L0，B0)。
4)构建误差方程式，求解偏心角的最佳估计。
5)将解算得到偏心角代入公式，结合POS数据求解测区所需要的外方位角元素。
本步骤中，公式指
Figure GDA0002489704990000131
POS数据包含三个角元素和三个线元素。具体指IMU的三个姿态角和空间的三个坐标。
6)利用组合导航输出的位置参数与外方位线元素真值之间的关系解求偏心距和偏心角。
7)将求解的偏心角以及偏心距用来改正所求测区POS数据，获取所求测区的外方位元素。
8)用所求测区的外方位元素安置定向。
本步骤中，利用已经获取的每张影像改正后的外方位元素。可以无需控制点，直接地理定向(DG)。作为摄影测量基础数据用于后期的数据生产。
图2为本发明的实施例二基于POS设备与数字航测相机的校验结构示意图，如图2所示，本实施例的装置，可以包括：外方位元素解算模块21、检核模块22以及校验模块23，其中，
外方位元素解算模块21与检核模块22相连，检核模块22还与校验模块23相连。
外方位元素解算模块21，用于利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；
本实施例中，作为一可选实施例，外方位元素解算模块21包括：真值计算单元、偏心角距计算单元以及外方位元素计算单元(图中未示出)，其中，
真值计算单元与偏心角距计算单元相连，偏心角距计算单元还与外方位元素计算单元相连。
真值计算单元，用于通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值；
本实施例中，作为一可选实施例，真值计算单元在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值，包括：影像获取子单元、交会子单元、像点坐标获取子单元以及真值计算子单元，其中，
影像获取子单元，用于对影像进行处理，获取测区满足要求的影像；
交会子单元，用于对获取的影像进行单片后方交会；
像点坐标获取子单元，用于获取像点坐标；
真值计算子单元，用于利用空三加密求解影像，获取检校飞行影像的外方位元素真值。
偏心角距计算单元，用于与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距；
本实施例中，作为一可选实施例，偏心角距计算单元包括：处理子单元、经纬度获取子单元以及估计子单元，其中，
处理子单元与经纬度获取子单元相连，经纬度获取子单元还与估计子单元相连。
处理子单元，用于对获取的POS数据进行处理，解算出数字航测相机的曝光时间，制作成Mark文件导入组合导航后处理软件，利用所述组合导航后处理软件获取测区曝光时刻IMU姿态、IMU中心的西安80坐标；
经纬度获取子单元，用于获取地面辅助坐标系中央原点的经纬度；
估计子单元，用于构建误差方程式，求解偏心角的最佳估计；所述求解偏心角的最佳估计包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取检校曝光点的姿态；
获取检校控制点坐标；
依据所述检校曝光点的姿态、检校控制点坐标以及外方位元素真值，获取偏心角元素及偏心线元素。
外方位元素计算单元，用于将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素。
本实施例中，作为一可选实施例，外方位元素计算单元包括：第一求解子单元、偏心角距获取子单元以及第二求解子单元，其中，
第一求解子单元与偏心角距获取子单元相连，偏心角距获取子单元还与第二求解子单元相连。
第一求解子单元，用于将求解得到的偏心角的最佳估计代入预先设置的公式，结合POS数据求解测区所需要的外方位角元素；
偏心角距获取子单元，用于利用组合导航输出的位置参数与外方位线元素真值之间的关系解求偏心距和偏心角；
第二求解子单元，用于将求解的偏心角偏心距用来改正所求测区POS数据，获取所求测区的外方位元素。
检核模块22，用于采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；
校验模块23，用于利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验。
本实施例中，作为一可选实施例，该装置还包括：
安置定向模块24，用于利用所求测区的外方位元素安置定向。
本实施例中，安置定向模块24与校验模块23相连。作为一可选实施例，利用所求测区的外方位元素安置定向包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取验证飞行曝光点的姿态；
利用验证的飞行曝光点的姿态以及获取的偏心角元素及偏心线元素，验证飞行影像的外方位元素；
利用验证的飞行影像的外方位元素进行DG精度验证。
本实施例的装置，可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于POS设备与数字航测相机的校验方法，其特征在于，包括：
利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；
采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；
利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验；
利用所求测区的外方位元素安置定向；
利用所求测区的外方位元素安置定向包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取验证飞行曝光点的姿态；
利用验证的飞行曝光点的姿态以及获取的偏心角元素及偏心线元素，验证飞行影像的外方位元素；
利用验证的飞行影像的外方位元素进行DG精度验证；所述利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素包括：
通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值；
与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距，所述偏心角为在IMU与数字航测相机固联后，两坐标系的相应轴间的夹角；
所述偏心距求解按下式：
Figure FDA0002489704980000011
式中，
Figure FDA0002489704980000012
为影像的三个外方位元素；
Figure FDA0002489704980000021
为IMU中心与相机中心的矢量分别在X轴、Y轴以及Z轴方向的投影，即X轴偏心距、Y轴偏心距以及Z轴偏心距，
Figure FDA0002489704980000022
式中，
Figure FDA0002489704980000023
为Xs的均值；
Figure FDA0002489704980000024
通过组合导航数据处理之后得到；
外方位角元素
Figure FDA0002489704980000025
的计算公式如下：
Figure FDA0002489704980000026
式中，
Figure FDA0002489704980000027
为地心坐标系到地面辅助坐标系的旋转矩阵；
Figure FDA0002489704980000028
为导航坐标系到地心坐标系的选转矩阵；
Figure FDA0002489704980000029
为IMU本体坐标系到导航坐标系的旋转矩阵；
Figure FDA00024897049800000210
为像空间坐标系到航摄仪本体坐标系的旋转矩阵；
Figure FDA00024897049800000211
为偏心角组成的旋转矩阵；
Figure FDA00024897049800000212
通过解算数据和已有的固有关系得到，
Figure FDA00024897049800000213
其中，在IMU与数字航测相机固联后，两坐标系的相应轴间的夹角为偏心角，分解在三个方向，形成的三个角元素，记为ex、ey、ez；
将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素。
2.根据权利要求1所述的校验方法，其特征在于，
所述通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值包括：
在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值；
所述在测区布设足够数量控制点，空三加密求解影像的外方位元素，作为外方位元素真值包括：
对影像进行处理，获取测区满足要求的影像；
对获取的影像进行单片后方交会；
获取像点坐标；
利用空三加密求解影像，获取检校飞行影像的外方位元素真值。
3.根据权利要求1所述的校验方法，其特征在于，所述与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距包括：
对获取的POS数据进行处理，解算出数字航测相机的曝光时间，制作成Mark文件导入组合导航后处理软件，利用所述组合导航后处理软件获取测区曝光时刻IMU姿态、IMU中心的西安80坐标；
获取地面辅助坐标系中央原点的经纬度；
构建误差方程式，求解偏心角的最佳估计；
所述求解偏心角的最佳估计包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取检校曝光点的姿态；
获取检校控制点坐标；
依据所述检校曝光点的姿态、检校控制点坐标以及外方位元素真值，获取偏心角元素及偏心线元素。
4.根据权利要求1所述的基于POS设备与数字航测相机的校验方法，其特征在于，所述将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素包括：
将求解得到的偏心角的最佳估计代入预先设置的公式，结合POS数据求解测区所需要的外方位角元素；
利用组合导航输出的位置参数与外方位线元素真值之间的关系解求偏心距和偏心角；
将求解的偏心角偏心距用来改正所求测区POS数据，获取所求测区的外方位元素。
5.一种基于POS设备与数字航测相机的校验装置，其特征在于，包括：外方位元素解算模块、检核模块、校验模块以及安置定向模块，其中，
外方位元素解算模块，用于利用POS设备记录的姿态信息，进行转换后得到影像直接地理定位外方位元素初值，利用单片后方交会方法获取外方位元素作为真值，解算外方位元素；
检核模块，用于采用基于POS设备的位置姿态参数和基于GPS设备辅助空三的外方位元素交互验证的方法，对获取的多传感器数据进行检核；
校验模块，用于利用所述影像直接地理定位外方位元素初值以及直接利用控制点绝对定向，均匀采集检校场外业检查点，进行校验；
安置定向模块、用于利用所求测区的外方位元素安置定向；
利用所求测区的外方位元素安置定向包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取验证飞行曝光点的姿态；
利用验证的飞行曝光点的姿态以及获取的偏心角元素及偏心线元素，验证飞行影像的外方位元素；
利用验证的飞行影像的外方位元素进行DG精度验证；所述外方位元素解算模块包括：真值计算单元、偏心角距计算单元以及外方位元素计算单元，其中，
真值计算单元，用于通过对地面检校场通过空三加密，计算出数字航测相机的外方位元素真值；
偏心角距计算单元，用于与组合导航计算出数字航测相机的角元素对比，通过最小二乘法计算出偏心角和偏心距，所述偏心角为在IMU与数字航测相机固联后，两坐标系的相应轴间的夹角；
所述偏心距求解按下式：
Figure FDA0002489704980000051
式中，
Figure FDA0002489704980000052
为影像的三个外方位元素；
Figure FDA0002489704980000053
为IMU中心与相机中心的矢量分别在X轴、Y轴以及Z轴方向的投影，即X轴偏心距、Y轴偏心距以及Z轴偏心距，
Figure FDA0002489704980000054
式中，
Figure FDA0002489704980000055
为Xs的均值；
Figure FDA0002489704980000056
通过组合导航数据处理之后得到；
外方位角元素
Figure FDA0002489704980000057
的计算公式如下：
Figure FDA0002489704980000058
式中，
Figure FDA0002489704980000059
为地心坐标系到地面辅助坐标系的旋转矩阵；
Figure FDA00024897049800000510
为导航坐标系到地心坐标系的选转矩阵；
Figure FDA00024897049800000511
为IMU本体坐标系到导航坐标系的旋转矩阵；
Figure FDA00024897049800000512
为像空间坐标系到航摄仪本体坐标系的旋转矩阵；
Figure FDA00024897049800000513
为偏心角组成的旋转矩阵；
Figure FDA00024897049800000514
通过解算数据和已有的固有关系得到，
Figure FDA0002489704980000061
其中，在IMU与数字航测相机固联后，两坐标系的相应轴间的夹角为偏心角，分解在三个方向，形成的三个角元素，记为ex、ey、ez；
外方位元素计算单元，用于将计算的偏心角和偏心距改正整个测区的POS数据，计算出整个测区影像的外方位元素。
6.根据权利要求5所述的校验装置，其特征在于，
所述真值计算单元包括：影像获取子单元、交会子单元、像点坐标获取子单元以及真值计算子单元，其中，
影像获取子单元，用于对影像进行处理，获取测区满足要求的影像；
交会子单元，用于对获取的影像进行单片后方交会；
像点坐标获取子单元，用于获取像点坐标；
真值计算子单元，用于利用空三加密求解影像，获取检校飞行影像的外方位元素真值。
7.根据权利要求6所述的校验装置，其特征在于，所述偏心角距计算单元包括：处理子单元、经纬度获取子单元以及估计子单元，其中，
处理子单元，用于对获取的POS数据进行处理，解算出数字航测相机的曝光时间，制作成Mark文件导入组合导航后处理软件，利用所述组合导航后处理软件获取测区曝光时刻IMU姿态、IMU中心的西安80坐标；
经纬度获取子单元，用于获取地面辅助坐标系中央原点的经纬度；
估计子单元，用于构建误差方程式，求解偏心角的最佳估计；所述求解偏心角的最佳估计包括：
利用测区曝光时刻IMU姿态获取检校曝光点的姿态；
获取检校控制点坐标；
依据所述检校曝光点的姿态、检校控制点坐标以及外方位元素真值，获取偏心角元素及偏心线元素。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述外方位元素计算单元包括：第一求解子单元、偏心角距获取子单元以及第二求解子单元，其中，
第一求解子单元，用于将求解得到的偏心角的最佳估计代入预先设置的公式，结合POS数据求解测区所需要的外方位角元素；
偏心角距获取子单元，用于利用组合导航输出的位置参数与外方位线元素真值之间的关系解求偏心距和偏心角；
第二求解子单元，用于将求解的偏心角偏心距用来改正所求测区POS数据，获取所求测区的外方位元素。
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