CN109631836A - 一种云底高度快速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云底高度快速测量方法，其特征在于：基于双传感器成像的云底高测量设备，其中s1、s2为两个传感器的摄影中心，a1、a2为两张像片的同名像点，A点为待测量云底点，在传感器与旋转平台安装集成完成后，传感器主光轴与旋转轴存在一定安置角误差，所以首先就是测定安置角常数，之后进行云底高度测量，第一步观测已知目标，进行定向角测量，再对有云区域拍摄，对有云图像进行处理，提取同名点并进行畸变校正；第二步云底高度计算，通过前期获得的外方位元素及同名像点，利用摄影测量前方交会原理进行计算，获得云底高度。

Description

一种云底高度快速测量方法

技术领域

本发明涉及云高测量技术领域，具体为一种云底高度快速测量方法。

背景技术

航空摄影是一项复杂的系统工程，需要多部门配合情况下根据天气情况进行实施作业，在航摄装备及人员固定的情况下影响航空摄影作业的主要因素有航空管制情况以及天气情况。

影响航空摄影的天气因素主要包括云层高度以及能见度，其中能见度因素包括水平能见度及垂直能见度，这些信息对航空遥感影像质量具有一定影响，但是能见度信息可通过在地面寻找地物进行辅助判读，判读效果与实际情况基本相符。云层高度信息主要反映在影像遮挡方面，因为航空遥感影像是在空中对地面进行摄影作业，如果航摄仪处于云层之上，那么云层势必对地面信息有所遮挡，直接导致地面信息无法获取。

目前针对云的研究主要在气象领域，包括主动探测以及被动反演等方式，其中一些研究成果与设备也广泛应用在气象观测相关单位。当前主要方法有目视测量，主观性强，精度低，低空大约云底高的30％，高空误差更大；而且需要其他数据辅助完成测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双传感器成像的云底高测量方法的一种云底高度快速测量方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种云底高度快速测量方法，其特征在于：基于双传感器成像的云底高测量设备，其中s1、s2为两个传感器的摄影中心，a1、a2为两张像片的同名像点，A点为待测量云底点，在传感器与旋转平台安装集成完成后，传感器主光轴与旋转轴存在一定安置角误差，所以首先就是测定安置角常数，之后进行云底高度测量，第一步观测已知目标，进行定向角测量，再对有云区域拍摄，对有云图像进行处理，提取同名点并进行畸变校正；第二步云底高度计算，通过前期获得的外方位元素及同名像点，利用摄影测量前方交会原理进行计算，获得云底高度。

作为优选，所述定向角测量的方法步骤如下：

步骤1：数据整理：将定向坐标数据、摄站坐标数据、定向照片整理为指定文件格式；

步骤2：工程建立：选择菜单“文件”→“新建工程”→“定向角测量”，根据要求内容选取文件；

步骤3：控制点列表：选择菜单“视图”→“控制点列表”，打开控制点列表窗口；

步骤4：刺点窗口：选择一个控制点，点击“刺点”按钮，打开刺点窗口；

步骤5：人工刺点：通过放大、缩小、移动等方式将标志点图像放大到当前窗口中心附近，点击“刺点”按钮进行图像刺点；

步骤6：保存刺点：刺点完成后，点击“保存”按钮进行保存，后关闭刺点窗口；

步骤7：重复4至6步骤直至所有定向点完成刺点；

步骤8：畸变校正：选择控制点列表窗口内的“畸变校正”按钮进行相机畸变改正，径向畸变与切向畸变改正方法如下；

x₀＝x(1+k₁r²+k₂r⁴+k₃r⁶)

y₀＝y(1+k₁r²+k₂r⁴+k₃r⁶)

x₀＝x+[2p₁y+p₂(r²+2x²)]

y₀＝y+[2p₂y+p₁(r²+2y²)]

步骤9：定向角测量：选择旋转菜单“数据”→“定向角计算”可显示定向角，点击确认保存，完成定向角测量工作，算法流程如下，其中R_t为旋转平台旋转角与摄影测量旋转角的变换矩阵，

在此公式中，X、Y、Z为定向标志点世界坐标为已知数据，x、y为标志点像点坐标为已知数据，f为焦距为已知数据，a_i、b_i、c_i为关于外方位角元素ω、κ的函数，其中ω、κ已经通过观测值与安置角计算得出，为已知数据，所以未知数就只有因此，只需一个定向标志可以计算出传感器拍摄瞬间的旋转角

作为优选，所述云底高度测量，完成定向角测量后进行云底高度观测的计算步骤如下：

步骤1：数据整理：将定向成果、摄站坐标数据、摄站照片整理为指定文件格式；

步骤2：工程建立：选择菜单“文件”→“新建工程”→“云底高测量”，根据要求内容选取文件；

步骤3：范围选取：选择菜单“数据”→“匹配范围”，通过鼠标在左片与右片拖画同名范围；

步骤4：重复3步骤，选择多对有云区域；

步骤5：云图匹配：选择菜单“数据”→“云图同名点匹配”，进行图像自动增强与匹配，获得匹配同名点；

步骤6：查看同名点：选择菜单“视图”→“同名点列表”，查看同名点匹配成果是否满足要求，如果不满足，删除该点；

步骤7：云底高度计算：选择菜单“数据”→“云底高度计算”，自动计算完成后弹出同名点列表窗口，查看云底高度成果参数；

(x-x₀)[a₃(X-X_s)+b₃(Y-Y_s)+c₃(Z-Z_s)] ＝-f[a₁(X-X_s)+b₁(Y-Y_s)+c₁(Z-Z_s)]

(y-y₀)[a₃(X-X_s)+b₃(Y-Y_s)+c₃(Z-Z_s)] ＝-f[a₂(X-X_s)+b₂(Y-Y_s)+c₂(Z-Z_s)]

共线方程推导出计算方法AX＝L；

由于采用两个传感器，故推到出如下参数矩阵：

其中f_l、f_r为左右相机的焦距，la_i、lb_i、lc_i为左像片旋转矩阵参数， ra_i、rb_i、rc_i为右像片旋转矩阵参数，x_l、y_l为左像片同名点，x_r、y_r为右像片同名点；

矩阵L推导结果如下

其中LX_s、LY_s、LZ_s为左像片拍摄瞬间外方位线元素，RX_s、RY_s、RZ_s为右像片拍摄瞬间外方位线元素；

为保证成果精度，需要自动剔除粗差点，粗差剔除方法为反算像点坐标，判断匹配同名点与反算同名点坐标差，超过指定阈值即为粗差。反算同名像点公式如下：

其中x、y为反算成果，a_i、b_i、c_i为旋转矩阵参数，X、Y、Z为计算云高点；

步骤8：重复1至7步骤，直至全部有云像对完成云底高度测量。

附图说明

图1为本发明基于双传感器成像的云底高测量设备原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种云底高度快速测量方法，其特征在于：基于双传感器成像的云底高测量设备，其中s1、s2为两个传感器的摄影中心， a1、a2为两张像片的同名像点，A点为待测量云底点，在传感器与旋转平台安装集成完成后，传感器主光轴与旋转轴存在一定安置角误差，所以首先就是测定安置角常数，之后进行云底高度测量，第一步观测已知目标，进行定向角测量，再对有云区域拍摄，对有云图像进行处理，提取同名点并进行畸变校正；第二步云底高度计算，通过前期获得的外方位元素及同名像点，利用摄影测量前方交会原理进行计算，获得云底高度。

作为优选，所述定向角测量的方法步骤如下：

步骤1：数据整理：将定向坐标数据、摄站坐标数据、定向照片整理为指定文件格式；

步骤2：工程建立：选择菜单“文件”→“新建工程”→“定向角测量”，根据要求内容选取文件；

步骤3：控制点列表：选择菜单“视图”→“控制点列表”，打开控制点列表窗口；

步骤4：刺点窗口：选择一个控制点，点击“刺点”按钮，打开刺点窗口；

步骤5：人工刺点：通过放大、缩小、移动等方式将标志点图像放大到当前窗口中心附近，点击“刺点”按钮进行图像刺点；

步骤6：保存刺点：刺点完成后，点击“保存”按钮进行保存，后关闭刺点窗口；

步骤7：重复4至6步骤直至所有定向点完成刺点；

步骤8：畸变校正：选择控制点列表窗口内的“畸变校正”按钮进行相机畸变改正，径向畸变与切向畸变改正方法如下；

x₀＝x(1+k₁r²+k₂r⁴+k₃r⁶)

y₀＝y(1+k₁r²+k₂r⁴+k₃r⁶)

x₀＝x+[2p₁y+p₂(r²+2x²)]

y₀＝y+[2p₂y+p₁(r²+2y²)]

步骤9：定向角测量：选择旋转菜单“数据”→“定向角计算”可显示定向角，点击确认保存，完成定向角测量工作，算法流程如下，其中R_t为旋转平台旋转角与摄影测量旋转角的变换矩阵，

在此公式中，X、Y、Z为定向标志点世界坐标为已知数据，x、y为标志点像点坐标为已知数据，f为焦距为已知数据，a_i、b_i、c_i为关于外方位角元素ω、κ的函数，其中ω、κ已经通过观测值与安置角计算得出，为已知数据，所以未知数就只有因此，只需一个定向标志可以计算出传感器拍摄瞬间的旋转角

作为优选，所述云底高度测量，完成定向角测量后进行云底高度观测的步骤如下：

步骤1：数据整理：将定向成果、摄站坐标数据、摄站照片整理为指定文件格式；

步骤2：工程建立：选择菜单“文件”→“新建工程”→“云底高测量”，根据要求内容选取文件；

步骤3：范围选取：选择菜单“数据”→“匹配范围”，通过鼠标在左片

与右片分别拖画同名范围；

步骤4：重复3步骤，选择多对有云区域；

步骤5：云图匹配：选择菜单“数据”→“云图同名点匹配”，进行图像自动增强与匹配，获得匹配同名点；

步骤6：查看同名点：选择菜单“视图”→“同名点列表”，查看同名点匹配成果是否满足要求，如果不满足，删除该点；

步骤7：云底高度计算：选择菜单“数据”→“云底高度计算”，自动计算完成后弹出同名点列表窗口，查看云底高度成果参数；

(x-x₀)[a₃(X-X_s)+b₃(Y-Y_s)+c₃(Z-Z_s)] ＝-f[a₁(X-X_s)+b₁(Y-Y_s)+c₁(Z-Z_s)]

(y-y₀)[a₃(X-X_s)+b₃(Y-Y_s)+c₃(Z-Z_s)] ＝-f[a₂(X-X_s)+b₂(Y-Y_s)+c₂(Z-Z_s)]

共线方程推导出计算方法AX＝L；

由于采用两个传感器，故推到出如下参数矩阵：

其中f_l、f_r为左右相机的焦距，la_i、lb_i、lc_i为左像片旋转矩阵参数， ra_i、rb_i、rc_i为右像片旋转矩阵参数，x_l、y_l为左像片同名点，x_r、y_r为右像片同名点；

矩阵L推导结果如下

其中LX_s、LY_s、LZ_s为左像片拍摄瞬间外方位线元素，RX_s、RY_s、RZ_s为右像片拍摄瞬间外方位线元素；

为保证成果精度，需要自动剔除粗差点，粗差剔除方法为反算像点坐标，判断匹配同名点与反算同名点坐标差，超过指定阈值即为粗差。反算同名像点公式如下：

其中x、y为反算成果，a_i、b_i、c_i为旋转矩阵参数，X、Y、Z为计算云高点；

步骤8：重复1至7步骤，直至全部有云像对完成云底高度测量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种云底高度快速测量方法，其特征在于：基于双传感器成像的云底高测量设备，其中s1、s2为两个传感器的摄影中心，a1、a2为两张像片的同名像点，A点为待测量云底点，在传感器与旋转平台安装集成完成后，传感器主光轴与旋转轴存在一定安置角误差，所以首先就是测定安置角常数，之后进行云底高度测量，第一步观测已知目标，进行定向角测量，再对有云区域拍摄，对有云图像进行处理，提取同名点并进行畸变校正；第二步云底高度计算，通过前期获得的外方位元素及同名像点，利用摄影测量前方交会原理进行计算，获得云底高度。

2.根据权利要求1所述的一种云底高度快速测量方法，其特征在于：定向角测量的方法步骤如下：

步骤1：数据整理：将定向坐标数据、摄站坐标数据、定向照片整理为指定文件格式；

步骤2：工程建立：选择菜单“文件”→“新建工程”→“定向角测量”，根据要求内容选取文件；

步骤3：控制点列表：选择菜单“视图”→“控制点列表”，打开控制点列表窗口；

步骤4：刺点窗口：选择一个控制点，点击“刺点”按钮，打开刺点窗口；

步骤5：人工刺点：通过放大、缩小、移动等方式将标志点图像放大到当前窗口中心附近，点击“刺点”按钮进行图像刺点；

步骤6：保存刺点：刺点完成后，点击“保存”按钮进行保存，后关闭刺点窗口；

步骤7：重复4至6步骤直至所有定向点完成刺点；

步骤8：畸变校正：选择控制点列表窗口内的“畸变校正”按钮进行相机畸变改正,径向畸变与切向畸变改正方法如下；

x₀＝x(1+k₁r²+k₂r⁴+k₃r⁶)

y₀＝y(1+k₁r²+k₂r⁴+k₃r⁶)

x₀＝x+[2p₁y+p₂(r²+2x²)]

y₀＝y+[2p₂y+p₁(r²+2y²)]

步骤9：定向角测量：选择旋转菜单“数据”→“定向角计算”可显示定向角，点击确认保存，完成定向角测量工作，算法流程如下，其中R_t为旋转平台旋转角与摄影测量旋转角的变换矩阵，

在此公式中，X、Y、Z为定向标志点世界坐标为已知数据，x、y为标志点像点坐标为已知数据，f为焦距为已知数据，a_i、b_i、c_i为关于外方位角元素ω、κ的函数，其中ω、κ已经通过观测值与安置角计算得出，为已知数据，所以未知数就只有因此，只需一个定向标志可以计算出传感器拍摄瞬间的旋转角

3.根据权利要求1所述的一种云底高度快速测量方法，其特征在于：云底高度测量，完成定向角测量后进行云底高度计算观测的步骤如下：

步骤1：数据整理：将定向成果、摄站坐标数据、摄站照片整理为指定文件格式；

步骤2：工程建立：选择菜单“文件”→“新建工程”→“云底高测量”，根据要求内容选取文件；

步骤3：范围选取：选择菜单“数据”→“匹配范围”，通过鼠标在左片与右片分别拖画同名范围；

步骤4：重复3步骤，选择多对有云区域；

步骤5：云图匹配：选择菜单“数据”→“云图同名点匹配”，进行图像自动增强与匹配，获得匹配同名点；

步骤6：查看同名点：选择菜单“视图”→“同名点列表”，查看同名点匹配成果是否满足要求，如果不满足，删除该点；

步骤7：云底高度计算：选择菜单“数据”→“云底高度计算”，自动计算完成后弹出同名点列表窗口，查看云底高度成果参数；

(x-x₀)[a₃(X-X_s)+b₃(Y-Y_s)+c₃(Z-Z_s)]＝-f[a₁(X-X_s)+b₁(Y-Y_s)+c₁(Z-Z_s)]

(y-y₀)[a₃(X-X_s)+b₃(Y-Y_s)+c₃(Z-Z_s)]＝-f[a₂(X-X_s)+b₂(Y-Y_s)+c₂(Z-Z_s)]

共线方程推导出计算方法AX＝L；

由于采用两个传感器，故推到出如下参数矩阵：

其中f_l、f_r为左右相机的焦距，la_i、lb_i、lc_i为左像片旋转矩阵参数，ra_i、rb_i、rc_i为右像片旋转矩阵参数，x_l、y_l为左像片同名点，x_r、y_r为右像片同名点；

矩阵L推导结果如下

其中LX_s、LY_s、LZ_s为左像片拍摄瞬间外方位线元素，RX_s、RY_s、RZ_s为右像片拍摄瞬间外方位线元素；

为保证成果精度，需要自动剔除粗差点，粗差剔除方法为反算像点坐标，判断匹配同名点与反算同名点坐标差，超过指定阈值即为粗差；反算同名像点公式如下：

其中x、y为反算成果，a_i、b_i、c_i为旋转矩阵参数，X、Y、Z为计算云高点；

步骤8：重复1至7步骤，直至全部有云像对完成云底高度测量。