基于对偶四元数的高分辨率遥感影像几何定位研究

高分辨率遥感影像的空间信息提取是遥感和数字摄影测量学科中的重点研究领域。本课题提出以对偶四元数为数学工具进行高分辨率卫星遥感影像几何定位的全新技术方法，在国内外首次利用对偶四元数建立遥感通用传感器严密成像几何模型，将光线束的位置和姿态统一用对偶四元数表示，通过传感器扫描光线在空间中的螺旋运动，实现像点到其对应地面点物方坐标的变换，从而克服成像几何参数（外方位元素）之间的强相关性，提高几何定位精度。利用对偶四元数严密成像几何模型进行光束法区域网平差，将时间序列影像的姿态和相对位置用对偶四元数统一处理，从而补偿成像几何模型的系统误差。同时，在理论研究的基础上进行大量高分辨率CCD线阵遥感影像几何定位的实验，来验证本课题的理论研究成果。本课题的成功研究为从高分辨率遥感影像上恢复地球三维空间信息提供理论和技术支持，对全球目标三维定位和基础地理数据的获取具有重要的学术意义和前景广阔的应用价值。

高分辨率遥感影像的空间信息提取是遥感和数字摄影测量学科中的重点研究领域，首要问题是建立传感器成像几何模型，明确像平面坐标系与地球坐标系之间的数学关系，以便进行影像信息的几何量测、相互比较和复合分析。本项目获得国家自然科学基金资助后，严格按照立项申请进度安排开展研究。形成了以对偶四元数为数学工具的高分辨率卫星遥感影像几何定位的全新技术方法；在国内外首次利用对偶四元数建立遥感传感器严密成像几何模型，将光线束的位置和姿态统一用对偶四元数表示，通过传感器扫描光线在空间中的螺旋运动，实现像点到其对应地面点物方坐标的变换，从而克服了成像几何参数（外方位元素）之间的强相关性，提高了几何定位精度。提出了将外方位元素的线方位元素用线性插值的方法来表示，角方位元素则使用球面线性插值的方法，验证出了线性蒙皮混合变换理论的正确性和稳定性。该研究成果为从高分辨率卫星遥感影像上恢复地球三维空间信息提供了理论和技术支持，对全球目标三维定位和基础地理数据的获取具有重要的学术意义和前景广阔的应用价值。进一步研究了基于对偶四元数的Plücker直线摄影测量的理论方法，在国际上首次提出Plücker直线摄影测量的全新理论和方法，将空间直线用Plücker坐标表示，通过Plücker直线在空间中的螺旋运动，构建真直线几何成像模型，已建立基于对偶四元数的Plücker直线共线和共面条件方程模型，增强了立体模型和区域网的几何强度，提高了几何定位精度。基于对偶四元数的Plücker直线摄影测量的研究有望丰富与发展真直线摄影测量的理论和技术方法。项目组忠实执行了研究计划，经过3年的积极探索和潜心研究，完成了预期的研究内容，发表和录用学术论文9篇，参加国际会议1人次，申请发明专利5项，授权发明专利1项，授权软件著作权1项，培养硕士研究生9名，课题负责人盛庆红副教授2014年获得面上基金资助，达到了预定的研究目标。