四元数在线阵CCD影像空间后方交会中的应用

"闰利, 聂倩, 赵展. 利用四元数描述线阵CCD影像的空间后方交会[J]. 武汉大学学报·信息科学版, 2010, 35(2): 0201-04." 本文主要探讨的是在高分辨率线阵CCD影像的空间后方交会解算中应用四元数理论。空间后方交会是摄影测量中的核心问题，目的是通过已知地面控制点的坐标和影像上的对应点，反推出影像的外方位元素，即摄像机在拍摄瞬间的位置和姿态。对于线阵CCD影像，由于其成像方式的特殊性，每个扫描行的外方位元素都有所不同，因此解算过程更为复杂。 传统的方法通常采用欧拉角来描述影像的旋转，但当处理大倾角影像时，欧拉角的计算效率和精度可能会受到影响。四元数则提供了一个更高效且稳定的解决方案。四元数是一种扩展的复数，它可以简洁地表示三维空间中的旋转，避免了万向节死锁问题，同时也减少了计算的冗余和复杂性。 作者提出的算法首先利用四元数来描述角度旋转矩阵，通过对严格的共线条件方程进行线性化处理，简化了计算步骤。共线条件方程是摄影测量中的基本方程，它关联了物点、像点和相机光轴。线性化有助于减少计算量，提高求解速度。此外，为了应对线阵CCD影像外方位元素之间的高度相关性，文章采用了正则化的数学方法，如Tikhonov正则化，通过添加一个惩罚项来约束解的稳定性，防止因过强的相关性导致的解的不稳定性。 实验证明，采用四元数描述的这种方法在解算线阵CCD影像的空间后方交会时，不仅能够提高计算效率，还能够确保解的准确性和可靠性。这种方法对于处理由无人机、航空气球等非传统平台获取的大倾角影像，以及具有立体测图能力的遥感卫星如SPOT5、IKONOS、ALOS等所拍摄的高分辨率线阵CCD影像尤其适用。 这篇论文为线阵CCD影像的空间后方交会提供了新的思路和计算工具，它利用四元数的优势，改进了解算过程，对于推动航天摄影测量技术的发展具有重要意义。