CN108278995A - 一种在真实重叠率约束下确定航摄曝光点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在真实重叠率约束下确定航摄曝光点的方法，具体以区域边界上最高点处的水平面，作为新的航摄基准面来计算真实航向重叠率，并通过不断迭代调整，使得曝光点位置能够随地形起伏进行自适应调整，从而保证了地面真实航向重叠率与预期航向重叠率的一致性，提高了曝光点确定的可靠性及精度。

Description

一种在真实重叠率约束下确定航摄曝光点的方法

技术领域

本发明涉及低空数字摄影测量的航摄任务规划领域，具体涉及一种在真实重叠率约束下确定航摄曝光点的方法。

背景技术

在低空数字摄影测量领域，确定曝光点的传统方法是等间距敷设，曝光点在航向和旁向的间距都是按预期的重叠率反算求得，以测区地表平均高程的水平面作为航摄基准面，并利用相邻像片在航摄基准面投影的重叠长度和单像幅在航摄基准面的投影长度之比来计算重叠率，上述方法没有顾及地形起伏的影响，不是实际测量中的真实重叠率；而真实重叠率是以测区地表平均高程的水平面，作为初始航摄基准面，并根据中心投影几何找到像平面投影的等比线段来计算，然而现有技术中计算真实重叠率的方法都没有准确找到像平面投影的等比线段，则确定的真实重叠率可靠性低，导致确定的曝光点位置精度低；此外，因为计算真实重叠率需要新的航摄基准面高程，这是在确定了航线和曝光点位置后才能得到的后验信息，所以真实重叠率的计算是一个不断迭代调整的过程，最终使其达到预期设计值的过程；然而现有技术方案的迭代调整在遇到特殊的高程数值组合，会出现迭代不收敛的情况，导致曝光点规划效率低下。

发明内容

本发明为解决现有确定曝光点方法中的精度低、可靠性低及效率低等技术问题，提出了一种在真实重叠率约束下确定航摄曝光点的方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种在真实重叠率约束下确定航摄曝光点的方法，包括以下步骤：

S1，从每条航线起点进入测区，由航线起点处像片投影覆盖边界的最大高程值、相机参数、相对航高、初始航摄基准高以及期望的航向重叠率，根据中心投影几何计算首个曝光点到航线起点距离，据此距离确定首个曝光点并加入结果列表；

S2，预设当前曝光点；

S3，查询当前曝光点像片和上一曝光点像片投影重叠区域边界上的最大高程值，计算上一像片和当前像片的真实航向重叠率；

S4，检查该真实航向重叠率是否满足预期，如果不满足，则进行摄影基线长的迭代调整得到新的当前曝光点，并重复执行步骤S3-S4；如果满足，则将当前曝光点加入结果列表，并继续执行步骤S5；

S5，每当确定一个曝光点后，检查该曝光点像片投影区域是否已经覆盖到当前航线的终点，如果是则退出当前航线的曝光点设置循环，并输出曝光点结果列表；否则重复执行步骤S2-S5。

进一步，步骤S2具体为：如果当前曝光点为第二曝光点时，前面只有一个曝光点，则根据预期航线重叠率反算摄影基线长，据此预设当前曝光点；否则根据前两个曝光点的摄影基线长，据此预设当前曝光点。

进一步，步骤S3具体为：根据当前曝光点像片和上一个曝光点像片投影重叠区域边界，进行DEM高程查询，获得重叠区域边界上的最大高程值，然后通过下式计算得到真实航向重叠率P′：P′＝Q′/L′＝(P-Δh/H)×(1-Δh/H)，

式中：Q′是新航摄基准面上的投影重叠长度，L′是新航摄基准面上的投影长度；Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，P＝Q/L，其中Q为初始航摄基准面上的投影重叠长度，L为初始航摄基准面上的投影长度。

具体的，DEM高程查询具体包括以下步骤：(1)在部署DEM数据和提供DEM数据服务之前，预先初始化所有DEM数据，生成头信息文件：即利用GDAL库打开每个DEM数据的GeoTIFF文件，读取仿射变换参数、WKT字符串表示的坐标系、栅格波段数、栅格行列数信息；并将这些信息以及主文件路径写入PAMDataset文件的自定义域中；使用DEM数据时，只需要使头信息文件和GeoTIFF文件位于同一目录下即可；(2)每次程序启动时只需加载所有DEM文件的头信息，并计算出全局的仿射变换参数、地理空间范围和栅格行列数；(3)输入多边形测区的顶点序列，计算出多边形测区的地理空间范围，然后根据测区地理空间范围和全局的仿射变换参数，计算出测区DEM的栅格行列号范围；根据测区的地理空间范围查找出所涉及的DEM文件，并从所涉及的DEM文件中裁剪出子数据集；最后拼接这些子数据集，并填充到测区的DEM栅格行列号范围内，形成组织在内存中的测区DEM数据集；数据读写操作利用GDAL库完成；(4)进行高程查询时，遍历重叠区域的栅格点，利用仿射变换参数反算出地理空间坐标，判断该点是否在重叠区域的边界上，如果在则将该点高程值加入查询结果列表，遍历完毕后返回高程值列表的最大值。

进一步，步骤S4具体包括：

(1)当N＝1时：令ΔB＝L×[(1-Δh/H)×P_E+Δh/H-P]；当N≤N_max时：如果-ΔP_max<P′-P_E<0，则ΔB＝1；如果0≤P′-P_E<ΔP_max，则ΔB＝0；如果P′-P_E≥ΔP_max，则当N>N_max时：如果P′-P_E≥0，则ΔB＝0；式中：N为迭代次数，N_max最大迭代次数，ΔP_max为真实航向重叠率P′与预期航向重叠率P_E之差的阈值，ΔB为迭代调整步长，Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P_E是预期航向重叠率，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，是上次迭代和本次迭代查询到的新基准面高程平均值；

(2)如果ΔB＝0则退出迭代，否则将当前曝光点调整一个步长ΔB，得到新的当前曝光点。

本发明以相邻像片投影重叠区域边界上最高点处的水平面，作为新的航摄基准面来计算真实航向重叠率，并通过不断迭代调整，使得曝光点位置能够随地形起伏进行自适应调整，从而保证了地面真实航向重叠率与预期航向重叠率的一致性，提高了曝光点确定的可靠性及精度；同时，本发明还提出了一种收敛的迭代调整算法，以解决现有迭代不收敛的技术问题，进一步提高了曝光点设计规划的效率；本发明还提出了一种DEM高程查询技术，提高了航摄规划质量和效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的在真实重叠率约束下确定航摄曝光点的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本发明考虑实际地形起伏的影响，提出的一种在真实重叠率约束下能够快速、可靠地确定航摄曝光点的方法，提高了航摄规划的精度和效率，如图1所示，该方法具体包括以下步骤：

S1，从每条航线起点进入测区，由航线起点处像片投影覆盖边界的最大高程值、相机参数、相对航高、初始航摄基准高以及期望的航向重叠率，根据中心投影几何计算首个曝光点到航线起点距离，据此距离确定首个曝光点并加入结果列表。

S2，如果当前曝光点为第二曝光点时，前面只有一个曝光点，则根据预期航线重叠率反算摄影基线长，据此预设当前曝光点；否则根据前两个曝光点的摄影基线长，据此预设当前曝光点。

S3，根据当前曝光点像片和上一个曝光点像片投影重叠区域边界，进行DEM高程查询，获得重叠区域边界上的最大高程值，然后通过下式计算得到真实航向重叠率P′：P′＝Q′/L′＝(P-Δh/H)×(1-Δh/H)，

式中：Q′是新航摄基准面上的投影重叠长度，L′是新航摄基准面上的投影长度；Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，P＝Q/L，其中Q为初始航摄基准面上的投影重叠长度，L为初始航摄基准面上的投影长度。

具体的，DEM高程查询具体包括以下步骤：(1)在部署DEM数据和提供DEM数据服务之前，预先初始化所有DEM数据，生成头信息文件：即利用GDAL库打开每个DEM数据的GeoTIFF文件，读取仿射变换参数、WKT字符串表示的坐标系、栅格波段数、栅格行列数信息；并将这些信息以及主文件路径写入PAMDataset文件的自定义域中；使用DEM数据时，只需要使头信息文件和GeoTIFF文件位于同一目录下即可；(2)每次程序启动时只需加载所有DEM文件的头信息，并计算出全局的仿射变换参数、地理空间范围和栅格行列数；(3)输入多边形测区的顶点序列，计算出多边形测区的地理空间范围，然后根据测区地理空间范围和全局的仿射变换参数，计算出测区DEM的栅格行列号范围；根据测区的地理空间范围查找出所涉及的DEM文件，并从所涉及的DEM文件中裁剪出子数据集；最后拼接这些子数据集，并填充到测区的DEM栅格行列号范围内，形成组织在内存中的测区DEM数据集；数据读写操作利用GDAL库完成；(4)进行高程查询时，遍历重叠区域的栅格点，利用仿射变换参数反算出地理空间坐标，判断该点是否在重叠区域的边界上，如果在则将该点高程值加入查询结果列表，遍历完毕后返回高程值列表的最大值。

S4，检查该真实航向重叠率是否满足预期，如果不满足，则进行摄影基线长的迭代调整得到新的当前曝光点，并重复执行步骤S3-S4；如果满足，则将当前曝光点加入结果列表，并继续执行步骤S5。

步骤S4具体包括：

(1)当N＝1时：令ΔB＝L×[(1-Δh/H)×P_E+Δh/H-P]；当N≤N_max时：如果-ΔP_max<P′-P_E<0，则ΔB＝1；如果0≤P′-P_E<ΔP_max，则ΔB＝0；如果P′-P_E≥ΔP_max，则当N>N_max时：如果P′-P_E≥0，则ΔB＝0；式中：N为迭代次数，N_max最大迭代次数，ΔP_max为真实航向重叠率P′与预期航向重叠率P_E之差的阈值，ΔB为迭代调整步长，Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P_E是预期航向重叠率，P是在初始航摄基准面上计算的真实航向重叠率，是上次迭代和本次迭代查询到的新基准面高程平均值；

(2)如果ΔB＝0则退出迭代(即满足预期)，否则将当前曝光点调整一个步长ΔB，得到新的当前曝光点。

S5，每当确定一个曝光点后，检查该曝光点像片投影区域是否已经覆盖到当前航线的终点，如果是则退出当前航线的曝光点设置循环，并输出曝光点结果列表；否则重复执行步骤S2-S5。

遍历所有航线并采用上述确定曝光点位置的方法，即可得到所有航摄曝光点。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种在真实重叠率约束下确定航摄曝光点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，从每条航线起点进入测区，由航线起点处像片投影覆盖边界的最大高程值、相机参数、相对航高、初始航摄基准高以及期望的航向重叠率，根据中心投影几何计算首个曝光点到航线起点距离，据此距离确定首个曝光点并加入结果列表；

S2，预设当前曝光点；

S3，查询当前曝光点像片和上一曝光点像片投影重叠区域边界上的最大高程值，计算上一像片和当前像片的真实航向重叠率；

S4，检查该真实航向重叠率是否满足预期，如果不满足，则进行摄影基线长的迭代调整得到新的当前曝光点，并重复执行步骤S3-S4；如果满足，则将当前曝光点加入结果列表，并继续执行步骤S5；

S5，每当确定一个曝光点后，检查该曝光点像片投影区域是否已经覆盖到当前航线的终点，如果是则退出当前航线的曝光点设置循环，并输出曝光点结果列表；否则重复执行步骤S2-S5。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体为：如果当前曝光点为第二曝光点时，前面只有一个曝光点，则根据预期航线重叠率反算摄影基线长，据此预设当前曝光点；否则根据前两个曝光点的摄影基线长，据此预设当前曝光点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体为：根据当前曝光点像片和上一个曝光点像片投影重叠区域边界，进行DEM高程查询，获得重叠区域边界上的最大高程值，然后通过下式计算得到真实航向重叠率P′：P′＝Q′/L′＝(P-Δh/H)×(1-Δh/H)，

式中：Q′是新航摄基准面上的投影重叠长度，L′是新航摄基准面上的投影长度；Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，P＝Q/L，其中Q为初始航摄基准面上的投影重叠长度，L为初始航摄基准面上的投影长度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，DEM高程查询具体包括以下步骤：(1)在部署DEM数据和提供DEM数据服务之前，预先初始化所有DEM数据，生成头信息文件：即利用GDAL库打开每个DEM数据的GeoTIFF文件，读取仿射变换参数、WKT字符串表示的坐标系、栅格波段数、栅格行列数信息；并将这些信息以及主文件路径写入PAMDataset文件的自定义域中；使用DEM数据时，只需要使头信息文件和GeoTIFF文件位于同一目录下即可；(2)每次程序启动时只需加载所有DEM文件的头信息，并计算出全局的仿射变换参数、地理空间范围和栅格行列数；(3)输入多边形测区的顶点序列，计算出多边形测区的地理空间范围，然后根据测区地理空间范围和全局的仿射变换参数，计算出测区DEM的栅格行列号范围；根据测区的地理空间范围查找出所涉及的DEM文件，并从所涉及的DEM文件中裁剪出子数据集；最后拼接这些子数据集，并填充到测区的DEM栅格行列号范围内，形成组织在内存中的测区DEM数据集；数据读写操作利用GDAL库完成；(4)进行高程查询时，遍历重叠区域的栅格点，利用仿射变换参数反算出地理空间坐标，判断该点是否在重叠区域的边界上，如果在则将该点高程值加入查询结果列表，遍历完毕后返回高程值列表的最大值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4具体包括：

(1)当N＝1时：令ΔB＝L×[(1-Δh/H)×P_E+Δh/H-P]；当N≤N_max时：如果-ΔP_max<P′-P_E<0，则ΔB＝1；如果0≤P′-P_E<ΔP_max，则ΔB＝0；如果P′-P_E≥ΔP_max，则当N>N_max时：如果P′-P_E≥0，则ΔB＝0；式中：N为迭代次数，N_max最大迭代次数，ΔP_max为真实航向重叠率P与预期航向重叠率P_E之差的阈值，ΔB为迭代调整步长，Δh是新航摄基准面与初始航摄基准面的高差，H是相对初始航摄基准面的航摄高度，P_E是预期航向重叠率，P是在初始航摄基准面上计算的重叠率，是上次迭代和本次迭代查询到的新基准面高程平均值；

(2)如果ΔB＝0则退出迭代，否则将当前曝光点调整一个步长ΔB，得到新的当前曝光点。