双介质摄影测量的折射改正方法

为了提高利用光学立体像对进行水下目标三维定位的精度,本文基于光线在空气和水体两种不同介质中的传播规律建立了光线折射改正模型。从航迹方向、航迹垂直平分线方向和普通情况三种角度讨论双介质摄影测量的几何关系,定量分析光线不严格相交造成的平面误差,并推导双介质折射改正公式。利用近景摄影条件下的立体像对验证折射改正方法的正确性,结果表明在实验室条件下,双介质摄影测量的相对测深精度优于3.5%。

双介质摄影测量共线理论研究

从摄影光学理论出发,推导摄影物镜成像系统的基点位置公式;利用针孔成像模型,分析得出摄影物镜的投影中心即为成像系统两节点的等效;简要阐述双介质摄影测量的传统观点,利用同一摄影物镜在不同介质中构成的光学系统,说明双介质摄影测量成像系统基点位置相对单介质时发生变化,并在此基础上提出与传统观点不同的看法——双介质摄影测量共线理论;详细分析双介质摄影测量的针孔模型,得出"双介质摄影测量时相机主距近似等于单介质摄影测量主距与双介质摄影的物方空间折射率的乘积"这一论断;最后通过水下摄影试验结果证明上述结论。

双介质摄影测量的相对定向

本文导出了双介质摄影测量的共面条件方程,它与单介质摄影测量时的共面条件方程有十分相近的形式,并推导了共面条件方程的线性化形式;针对与单个质摄影测量相对定向的区别,讨论了双个质摄影测量相对定向的计算,从而从理论上完备地解决了这一问题;最后给出模拟数据的计算结果,证实了所建立的相对定向方程和相应计算策略的正确性。

WorldView-2影像双介质摄影测量的浅海地形测绘试验

主要研究利用高分辨率WorldView-2卫星影像和双介质立体摄影测量方法进行浅海地形测绘的可行性,同时解决双介质立体摄影测量精定位算法(即折射改正算法)适用性差的问题。首先依据通用的双介质物像几何关系,提出了一种普适的双介质立体摄影测量折射改正算法;然后以海南省三沙市甘泉岛、珊瑚岛周围浅海区域为试验场,利用两个地区的WorldView-2立体影像,运用双介质立体摄影测量方法进行了浅海地形测绘试验。试验成功提取到了两个地区浅海海底的数字高程模型(DEM)。其中,甘泉岛地区的浅海DEM精度达到2.08 m(剔除其中的高程异常点后的结果)。研究表明:提出的折射改正算法,无论"空中同名光线延长线是否相交"都是适用的,且能改善浅海地形测绘精度。在水体清澈、无海浪情况下,利用相应的WorldView-2立体影像和双介质立体摄影测量方法进行浅海地形测绘是可行的。

一种更严密的双介质立体摄影测量折射改正算法

提出一种更严密的双介质立体摄影测量物方坐标折射改正算法。该算法用水下目标的空中同名直线光线公垂线段的中点作为摄影测量交会点的理论位置,解决了空中同名直线光线延长线不相交情况下摄影测量交会点不存在导致的点位关系不确定性问题,使摄影测量交会点到真实物点的坐标折射改正公式能够严格推导出来。分析了空中同名直线光线不相交情况对物方大地坐标折射改正的不利影响,研究了摄影测量交会点与水下真实物点的相互位置关系,推导了水下目标点的水深和大地坐标计算公式(即折射改正公式),通过WorldView-2立体影像浅海海底地形测量试验对算法的正确性和测量精度进行验证。研究表明,不论水下目标的空中同名直线光线延长线是否相交,该算法都是适用的,且能显著改善水下目标的高程测量精度。

高分辨率卫星立体双介质浅水水深测量方法

提出了一种基于高分辨率卫星多光谱立体像对的浅水水深测量方法。该方法利用多光谱近红波段消除太阳耀斑,以有理函数模型(RFM)构建测区原始DEM,通过水陆边界内插获得水面高程,并采用双介质近似折射改正模型消除目标点垂直坐标偏移。试验表明,本文的模型方法和处理流程在水面平静、底质纹理丰富的浅海岛礁水深反演中能取得优于20%的相对测深精度,可为浅水水深测量提供新手段。

低空无人机双介质水下礁盘深度测量试验与分析

以双介质摄影测量原理为基础,利用海岛无人机影像开展了航空双介质摄影测量试验与分析。首先简单介绍了双介质摄影测量原理,论述了双介质摄影测量对海水折射率的精度要求,提出了一种解算高程改正系数方法,在此基础上开展了基于某岛低空无人机影像的双介质水下礁盘深度量测试验。试验表明,航空双介质摄影测量在实际应用中是可行的,对航空摄影条件要求比较高。

基于卫星立体双介质的浅海水深测量方法

利用双介质摄影进行浅海水深测量存在可行性差、精度不高的问题,提出一种基于卫星立体双介质的浅海水深测量方法。通过理论分析同名光线在空气和水两种介质中传播的几何结构,推导水下点垂直坐标折射改正的基本公式,基于三沙甘泉岛WorldView-2多光谱立体影像开展实验,验证了立体双介质的精度。结果表明,所提立体双介质浅海水深测量方法在5~20 m的水深范围内能取得低于18%的相对误差,在水深小于5 m的水深范围内相对误差变大。

POS数据用于双介质水下地形摄影测量的研究

本文以双介质摄影测量的基本公式为基础、海水为介质,利用POS数据进行双介质水下地形摄影测量研究。文中介绍了机载POS系统及双介质摄影测量基本公式,论述了海水折射率和由折射引起的高程改正系数的求解,提出了双介质相对定向和直接定向的计算方法,最后用模拟数据进行验证。

岛礁近海水下高程改正方法初探

以双介质摄影测量共线方程理论为依据,研究了由折射率引起的水下高程改正系数的求解方法;通过分析光线在双介质之间的传输情况,结合实际生产需要,提出摄影情况、海水界面情况、介质折射率情况、影像地面分辨率等影响因素的简化方案;并利用某群岛摄影测量资料进行试验,验证了简化方案的可行性,为进一步深入研究近海水下高程测量提供了参考。