[发明专利]基于极坐标系的破解稀疏阵引发的病态奇异性的遥感影像处理方法和装置

权利要求书

1.一种基于极坐标系的破解稀疏阵引发的病态奇异性的遥感影像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过航空拍摄测量区域得到遥感影像，提取并匹配所有遥感影像的特征像点；

2)根据匹配之后的特征像点与主副相机点的空间关系建立三维极坐标系统；

3)建立直角坐标系和极坐标系间像点坐标表示的关系，在建立的三维极坐标系统中表示特征像点；

4)利用在三维极坐标系统中表示的特征像点对遥感影像进行平差解算，得到严密的地面点坐标；

其中，步骤2)包括：以一个相机作为中心，连接相机中心、像点和地面点的线作为一条光束，其摄影的本质为锥体成像；所以，针对影像上的每一个特征像点，确定其对应的主相机点和副相机点，主相机点为主锚点，副相机点为副锚点，以主锚点作为极点，基线为极轴，主副锚点间的基线方向为方向角的起始方向，逆时针旋转为正方向，建立空间三维极坐标系统；

其中，步骤3)包括：明确在直角坐标系统和极坐标系统中表示像点位置的元素；建立直角坐标系和极坐标系间参数的关系，将平面△X，△Y增量m的度量单位转化为弧度增量△θ、度量单位，△Z以△r表征而保留m的度量单位，如下式：

△r＝△Z；

其中，步骤3)通过分析成像本质，从数学上证明了在极坐标系统中描述像点坐标，能有效的避免在解算过程中出现病态奇异性，包括：针对直角坐标系统分析当视角差极小，即深度极大时，X轴和Y轴的坐标值远小于垂直参量Z轴值，如式1)：

X＜＜Z且Y＜＜Z 1)

当三轴具有相同量级的增量值时，Z轴的相对增量远小于平面相对增量，如式2)：

这是三维影像在Z轴方向交角极小时产生病态奇异性的根源，即高程增量相对于平面增量相比非常微小；此时的微小值不是绝对的0值，因此三维相对误差计算矩阵尽管满秩不相关，但实质上Z轴相对增量趋于零值会导致法方程具有极弱正定性，成为引发计算发散的根源；

其中，步骤4)利用在三维极坐标系统中表示的特征像点对遥感影像进行平差解算，变量的误差和观测值的误差属于同一量级，具有误差低敏感性；极坐标系统中误差低敏感性分析过程包括：

对于直角坐标系，深度信息对直角深度变量的观测误差的一阶导数为：

其中，d表示特征像点深度的计算值；||t||表示两个相机之间相对平移向量的距离；ω表示视差角的计算值，表示真实的视差角；表示相对位移向量到特征像点的第一个观测向量的转角的计算值；

从上式可以发现，当视差角较小即时，深度信息变量对观测误差的一阶导数为无穷大，即在小视差角的摄影条件下，观测误差对直角坐标深度信息极度敏感；

极坐标一阶导数证明了无论摄影条件如何，变量的误差和观测值的误差属于同一量级；对于极坐标参数空间下的光束法平差模型，变量跟观测误差属于同一尺度，无论摄影条件如何，变量的误差跟观测误差是属于同一量级参数变量，对观测误差的敏感度降低，保证了解算的收敛；极坐标系统采用矢量表达，说明了极坐标系考虑了方向因素，即原函数无论是左极限还是右极限，在小视差角的情况下都能很好的收敛于一个确定的值，采用矢量表达，更全面的表达了地物信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)首先对原始遥感影像进行降采样处理，之后在采样图像上提取一定数量的种子点，利用相邻两幅影像间种子点之间的对应关系计算影像间的空间关系；然后计算两幅影像间重叠区域大小，并采用分块算法对重叠区域进行分块，得到一一对应的小幅影像对；最后利用SIFT算法对影像对中所有特征像点进行提取和匹配，并构建特征像点对之间的关系，得到同名像点的像坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)通过利用在三维极坐标系统中表示的特征像点对遥感影像进行平差解算，有效避免光束法平差过程中出现的稀疏阵和病态解现象，从而避免迭代发散和解算失效。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)利用在三维极坐标系统中表示的特征像点对遥感影像进行平差解算，其最优解不依赖初值。

5.一种采用权利要求1～4中任一权利要求所述方法的基于极坐标系的破解稀疏阵引发的病态奇异性的遥感影像处理装置，其特征在于，包括：

特征像点提取及匹配模块，负责通过航空拍摄测量区域得到遥感影像，提取并匹配所有遥感影像的特征像点；

极坐标系统建立模块，负责根据匹配之后的特征像点与主副相机点的空间关系建立三维极坐标系统；

特征像点表示模块，负责建立直角坐标系和极坐标系间像点坐标表示的关系，在建立的三维极坐标系统中表示特征像点；

平差解算模块，负责利用在三维极坐标系统中表示的特征像点对遥感影像进行平差解算，得到严密的地面点坐标。