探究内插模型基于月面CCD影像和激光测高数据月球形貌测绘技术

摘要:月球探测是我国进行深空探测的开端,本论文以我国自主研制的第一颗探月卫星——嫦娥一号获取的科学探测数据为基础,围绕月面形貌测绘不足,系统探讨了基于月球CCD影像和激光测高数据相结合的摄影测量处理相关论述和技术不足,重点探讨了嫦娥一号CCD影像与激光测高数据相结合的定位模型,激光测高数据辅助下的月面区域网平差策略,信息贫乏月面立体影像的匹配技术和月表DEM的自动生成等关键技术,并进行了实验验证。本论文的主要工作和革新性成果包括:1、探讨了激光测高数据辅助下嫦娥一号线阵CCD影像严格的成像模型,针对该模型在计算定向参数中有着的复共线性不足,浅析和比较了克服复共线性的参数解算的几种策略:岭估计法、谱修正迭代法、四元数法;通过实验得出结论,三种策略精度基本相当,特点各异,四元数法减少了大量的三角函数运算,而岭估计和谱修正迭代法的几何作用显著。2、将激光测高数据作为虚拟观测值,提出了一种激光测高数据与影像的配准算法。实现了影像定向参数的稳定解算和对月面影像目标点的前方交会定位,利用嫦娥一号获取的CCD影像结合激光测高数据进行了相关实验。3、引入定向片内插基于CCD影像严格成像模型实现了月面较大区域的嫦娥一号CCD影像区域网平差解算,取得了较好的实验结果。4、将铅垂线轨迹法(VLL)的匹配策略用于月球区域网平差中,实现了激光测高点作为相邻影像连接点的自动匹配,为平差提供了较多数量的连接点,保证了区域网解算的稳定性和可靠性。初步实验表明,与单模型定位算法相比,提升精度50%以上。5、利用投影轨迹法浅析了线阵CCD影像的核线的基本特性,提出了一种基于组合特点与多重约束的匹配策略,首先以最小欧氏距离和准核线约束进行嫦娥一号CCD图像的特点点匹配,并将最小二乘匹配论述与匹配模型相结合形成了最小二乘匹配联合平差模型,提升了影像匹配精度,然后,利用Harris提取特点点进行影像精细匹配。6、实现了以高精度匹配算法为基础的月面数字形貌模型(DEM)的自动生成,提出了考虑陨石坑形貌特点的月面的DEM组合插值策略。关键词:月球形貌测绘论文嫦娥一号论文激光测高数据论文更多文学理论成像模型论文影像匹配论文定向片内插论文光束法区域网平差论文数字高程模型论文
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    摘要8-9

    Abstract9-11

    第一章 绪论11-25

    1.1. 探讨背景和作用11-12

    1.2. 月球探测的基本情况12-22

    1.2.1. 月球的基本特点和制约网12-13

    1.2.2. 月球探测的进展和探月成果13-20

    1.2.3. 线阵影像的处理近况20-22

    1.3. 论文主要探讨内容22-25

    1.3.1. 月球形貌测绘与对地观测数据的主要区别22

    1.3.2. 月球形貌测绘探讨的主要难点22-23

    1.3.3. 论文的主要内容23-25

    第二章 我国的月球探测及相应的时空基准25-41

    2.1. 我国的月球探测工程25-31

    2.1.1. 嫦娥一号光学传感器的工作原理26-27

    2.1.2. 激光高度计数据27-29

    2.1.3. 嫦娥一号获取的数据的基本情况29-31

    2.2. 月球探测中的时空基准31-40

    2.2.1. 时间基准31-33

    2.2.2. 空间基准33-40

    2.3. 本章小结40-41

    第三章 激光测高数据辅助下嫦娥一号线阵 CCD 影像区域网平差41-75

    3.1. 嫦娥一号 CCD 影像的严格成像模型41-45

    3.1.1. 瞬时构像方程式41-44

    3.1.2. 月面点的立体定位44-45

    3.2. 基于激光测高数据的嫦娥一号 CCD 影像定向参数精确解算原理45-53

    3.2.1. 嫦娥一号 CCD 影像的定向参数解算中的主要困难45-46

    3.2.2. 嫦娥一号 CCD 影像定向参数相关性的克服策略46-49

    3.2.3. 月面制约数据中的粗差点剔除策略49-50

    3.2.4. 外定向参数计算历程中误差方程式的增列策略50

    3.2.5. 激光测高数据与影像的配准策略50-51

    3.2.6. 嫦娥一号 CCD 影像的定向参数精确解算历程51-53

    3.3. 激光测高数据辅助的光束法区域网平差53-66

    3.3.1. 区域网平差模型53-57

    3.3.2. 基于铅垂线轨迹法的连接点提取57-62

    3.3.3. 月面区域网平差的计算历程62-65

    3.3.4. 区域网平差的精度浅析65-66

    3.4. 实验结果与浅析66-74

    3.4.1. 基于严格成像模型的立体定位实验66-71

    3.4.2. 区域网平差实验71-74

    3.5. 本章小结74-75

    第四章 月表 CCD 影像匹配技术75-100

    4.1 月球图像特点浅析与预处理76-80

    4.1.1. 嫦娥一号 CCD 影像的特点76-78

    4.1.2. 影像预处理78-80

    4.2 特点点提取80-86

    4.2.1. 特点点提取技术进展的近况81

    4.2.2. SURF 特点点提取算子81-84

    4.2.3. HARRIS算子84-85

    4.2.4. 特点点提取实验85-86

    4.3 基于准核线约束的影像匹配对策86-90

    4.3.1. 嫦娥一号卫星影像准核线约束条件的建立86-89

    4.3.2. 影像匹配对策的设计89-90

    4.4 基于组合特点与多重约束的多视影像匹配算法90-96

    4.4.1. 基本思想90-91

    4.4.2. 关键不足91-96

    4.5 实验结果及浅析96-99

    4.6 本章小结99-100

    第五章 月球撞击坑的剖面反演与 DEM 插值100-115

    5.1. 月球撞击坑剖面反演100-104

    5.1.1 月球撞击坑边缘的提取101-103

    5.1.2 利用激光测高数据的月球撞击坑的剖面反演103-104

    5.2. 月球撞击坑剖面反演实验104-106

    5.3. 撞击坑区域的 DEM 插值策略106-111

    5.3.1. 移动曲面拟合内插法107-109

    5.3.2. 多结点样条插值109-111

    5.3.3. 基于多结点样条和移动曲面拟合的组合插值策略111

    5.4. DEM 精度检查111-112

    5.5. 撞击坑 DEM 生成实验与浅析112-114

    5.6. 本章小结114-115

    第六章 总结与展望115-118

    6.1 总结115-116

    6.2 全月面摄影测量处理策略的深思116-117

    6.3 展望117-118

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