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利用摄影测量方法几何反演具有曲率的嫦娥一号三线CCD影像

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  “嫦娥一号”采用三线CCD相机(前视、正视及后视)推扫摄影,每一个取样周期均可获得各自的三线影像,这些影像按时序排列成三个图像,图像间由于推扫时倾角不同使得获取的同名像点的影像存在左右视差,因而立体目视重叠影像时可以看到月表面的地形起伏状态,尽管航线影像长跨几百公里,但并没有月形表面有曲率形成的弯曲感觉,其原因是推扫摄影时,月表曲率仅仅影响在前视和后视影像相对正视影像有很小一点比例尺差异,立体目视察觉不到其信息。笔者在探月工程地面应用系统实验室工作时看到第一条传回的影像长度约三千多公里,约合1/4月球周长,依然是平地立体,毫无球面曲率感觉。要想能从直接摄影的立体像对中,立体目视时得到既有月面曲率又有地形起伏,必须采用框幅相机摄影,但在200公里上空要获取立体重叠区包含几百公里地段,相机的幅宽要很大,光学技术难以实现,为了实现立体目视既有月面曲率又有地形起伏功能的几何反演效果,可以利用立体摄影测量的方法将CCD影像加以变形纠正来达到。

  1 立体摄影测量方法

  要得到含有月球曲率的立体模型,必须将卫星飞行时记录的外方位元素数据参与三线CCD影像的光束法平差。由于目前嫦娥影像尚未公布应用,更得不到飞行中的外方位元素数据,我们采用EFP(等效框幅相片)[1]光束法平差,并设定在航线中段的割平面坐标系内进行。所以我们按月球大地参数(其半径为1738公里)并以“嫦娥一号”摄影参数及推扫摄影规律生成割平面坐标系内的外方位元素初值,参与平差时将其中的摄站Z坐标以带权(权重较低)观测值处理。平差得到的外方位元素迭代收敛于上下视差和左右视差均在0.3像元内(与影像匹配精度相当),然后利用外方位平差值参与对正视和后视影像作变形纠正,其方法与正射纠正相似,纠正中地面高程取全航线地形点的平均值,这样得到的纠正影像在立体目视时既带有月面弯曲,又显示地形起伏。

  2 模拟影像

  笔者为探月工程作摄影测量评估[2]时曾作过利用美国Apollo影像按“嫦娥一号”摄影参数生成模拟影像,利用模拟影像进行变形纠正,生成变形影像,如图1、图2所示,并生成带有曲率变形的红绿互补影像,结果示于图3。

  


  3 真实影像

  利用平差得出的参数,对公布的“嫦娥一号”影像进行摄影测量处理,生成变形纠正影像,并生成带有曲率变形的红绿互补影像和等高线,结果示于图6、图7。从图7的等高线可看出,由于存在曲率变形,等高线图两端的等高线较密,中间稀疏。如图7所示。

  


  应该指出变形纠正影像与正射立体影像不一样,前者目视的立体影像保留了飞行中获取的地形细微起伏信息,而后者因使用的DEM参与纠正时进行了内插平滑处理,从而使立体影像平滑去了许多细微起伏信息。读者对互补色立体影像观测时,在立体高度方面有所夸张,这是目视立体的正常状况。

  后记:本文所列出的变形纠正影像,属于由摄影测量工作者为“嫦娥一号”三线CCD影像几何反演的一种新的形式,以上得到的影像中有不妥之处由笔者负责,与嫦娥工程地面应用系统无关。(西安测绘研究所 王任享 王建荣)

  


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