对偶四元数空中三角测量研究

发布时间：2017-10-24 18:37

  本文关键词：对偶四元数空中三角测量研究

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【摘要】：现有的空中三角测量方法有欧拉角法、单位四元数法、基于点特征的对偶四元数法,其中欧拉角法、单位四元数法将外方位元素分开求解,会造成旋转平移在时域上的断裂,引入耦合误差,导致定向参数的解算失败。同时由于上述算法没有充分考虑空间直线的几何拓扑关系和几何约束条件,在利用小型无人机、近景等系统误差较大的遥感影像进行空中三角测量时,计算得到的外方位元素精度较低,无法满足后续摄影测量作业的要求,这已成为摄影测量的理论与技术发展的瓶颈。因此如何在统一描述区域内时间序列影像的旋转和平移的同时,充分利用成像光线的几何拓扑关系,建立可靠的空中三角测量模型,实现定向参数的高精度解算,已经成为摄影测量领域的研究热点,也是本文的主要研究方向。本文提出以对偶四元数为数学工具进行摄影测量的全新理论和方法,建立基于直线特征的成像几何模型,将成像光线用Plücker坐标表示,利用对偶四元数实现成像光线在空间中的螺旋运动,实现了成像光线从像方坐标到物方坐标的变换。在此基础上,深入研究序列影像姿态和位置的统一解算方法,构建对偶四元数成像几何模型和空中三角测量模型,从而提高几何定位精度。实验表明,本文提出的方法针对实际影像、模拟影像和像点坐标存在随机误差时均能够获得正确、稳定的定位结果,相比于传统的空中三角测量方法,能获得更高的精度,对影像控制点的数量与分布无特殊要求,此外,还克服了传统方法无法准确求解大倾角影像外方位元素的缺陷。本文研究成果将提高我国空中三角测量的定位精度,为无人机等不稳定平台影像处理提供思路,拓展摄影测量的应用领域。
【关键词】：空中三角测量 几何定位 成像几何模型 直线摄影测量 对偶四元数
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P231.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 空中三角测量12-14
• 1.2.2 对偶四元数14
• 1.2.3 Plücker直线14-16
• 1.3 本文的主要工作16-17
• 第二章 对偶四元数代数几何17-27
• 2.1 对偶四元数的基本理论17-21
• 2.1.1 对偶数17-18
• 2.1.2 四元数18-20
• 2.1.3 对偶四元数20-21
• 2.2 对偶四元数与坐标系的螺旋运动21-23
• 2.3 基于对偶四元数的Plücker直线螺旋运动23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 空中三角测量模型及其精度分析27-48
• 3.1 坐标系统27-31
• 3.2 空中三角测量模型31-39
• 3.2.1 投影中心位姿近似值32-33
• 3.2.2 误差方程式33-36
• 3.2.3 法方程式36-37
• 3.2.4 精度评定37-39
• 3.3 实验与精度分析39-47
• 3.3.1 实验结果43-46
• 3.3.2 精度分析46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 基于对偶四元数的Plücker直线空间后方交会48-62
• 4.1 对偶四元数与Plücker成像光线的几何关系48
• 4.2 基于对偶四元数的Plücker直线空间后方交会模型48-56
• 4.2.1 误差方程式50-51
• 4.2.2 法方程式51-53
• 4.2.3 精度评定53-56
• 4.3 实验与精度分析56-61
• 4.3.1 小倾角影像实验56-57
• 4.3.2 大倾角影像实验57-59
• 4.3.3 不同像点坐标量测误差实验59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 基于对偶四元数的Plücker直线空中三角测量62-73
• 5.1 对偶四元数与区域影像Plücker成像光线的几何关系62-63
• 5.2 基于对偶四元数的Plücker直线空中三角测量模型63-67
• 5.2.1 误差方程式63-65
• 5.2.2 法方程式65-66
• 5.2.3 误差方程式和法方程系数矩阵结构66-67
• 5.3 实验与精度分析67-72
• 5.3.1 模拟影像实验68
• 5.3.2 航空影像实验68-69
• 5.3.3 不同空中三角测量方法对比实验69-70
• 5.3.4 不同像点坐标量测误差实验70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结和展望73-75
• 6.1 本文的主要创新点73-74
• 6.2 进一步工作和展望74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文情况81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 袁修孝;;POS辅助光束法区域网平差[J];测绘学报;2008年03期

2 张永军;胡丙华;张剑清;;基于多种同名特征的相对定向方法研究[J];测绘学报;2011年02期

3 刘俊峰;三维转动的四元数表述[J];大学物理;2004年04期

4 刘凤英;陈天恩;王冬;石波;李国玉;;无人飞艇的差分GPS辅助空中三角测量精度分析[J];测绘科学;2014年01期

5 吴忠杰;张耀中;王强;;无人机复杂气象威胁建模及评估方法[J];计算机应用;2013年04期

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本文编号：1090039