摘 要：針對(duì)寬幅組合相機(jī)在交會(huì)角過小、平差精度不穩(wěn)定等方面的挑戰(zhàn)，以及多光譜組合相機(jī)面臨的波段配準(zhǔn)技術(shù)難題，深入探討了虛擬成像原理在擴(kuò)大視場(chǎng)角和提升波譜分辨率方面的實(shí)現(xiàn)途徑。通過分析和優(yōu)化組合相機(jī)各物理相機(jī)間固有的幾何關(guān)系，將多臺(tái)物理相機(jī)的位置和姿態(tài)關(guān)系視為剛體連接。通過測(cè)量不同相機(jī)拍攝的影像間的同名像點(diǎn)，解算相機(jī)間的幾何變換關(guān)系并重投影至虛擬成像面，最終實(shí)現(xiàn)了各物理相機(jī)所獲取的獨(dú)立圖像的高效且精確的影像融合，融合的圖像符合單中心投影規(guī)律。通過優(yōu)化，擴(kuò)展了寬幅組合相機(jī)的航攝范圍，提高了多光譜組合相機(jī)的光譜分辨率，尤其在處理無紋理區(qū)域和地形起伏場(chǎng)景時(shí)展現(xiàn)出卓越的適應(yīng)性和精確度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)于寬幅組合相機(jī)，該方法的影像拼接精度達(dá)到０． ３１ ｐｉｘｅｌ；對(duì)于多光譜組合相機(jī)，波段配準(zhǔn)精度達(dá)到０． ２５ ｐｉｘｅｌ。證明了虛擬成像技術(shù)能夠顯著提升組合相機(jī)數(shù)據(jù)的處理性能和效率，且與現(xiàn)有攝影測(cè)量處理軟件系統(tǒng)完全兼容，拓寬了組合相機(jī)數(shù)據(jù)在航空攝影測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，為地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用提供了新視角。

關(guān)鍵詞：虛擬成像；波段配準(zhǔn)；寬幅相機(jī)；多光譜相機(jī)；多拼相機(jī)；組合相機(jī)

中圖分類號(hào)：ＴＰ３９１． ４１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（ＯＳＩＤ）：

文章編號(hào)：１００３－３１０６（２０２４）０６－１５７６－０８

０ 引言

直升機(jī)、無人機(jī)等低空攝影平臺(tái)作為航空航天攝影測(cè)量的重要補(bǔ)充手段，廣泛應(yīng)用于抗災(zāi)救援［１］、國(guó)土監(jiān)察［２］、林業(yè)調(diào)查［３］以及大比例尺地形圖測(cè)繪［４］等多個(gè)領(lǐng)域，在中小范圍航空攝影測(cè)量作業(yè)中發(fā)揮了巨大的作用。面對(duì)不斷增長(zhǎng)的地理信息需求，這些攝影平臺(tái)需要在有限的飛行時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能廣的地面覆蓋率且盡可能高的分辨率。

在復(fù)雜多變的應(yīng)用背景下，單一相機(jī)往往受限于其傳感器幅面和鏡頭的限制難以滿足不同領(lǐng)域?qū)Ω叻直媛屎蛯捯暯怯跋竦男枨?，因此寬幅組合相機(jī)［５］和多光譜組合相機(jī)［６］變得尤為重要。一方面，寬幅組合相機(jī)在城市規(guī)劃、交通監(jiān)控等領(lǐng)域扮演著關(guān)鍵角色。通過將多臺(tái)數(shù)碼單鏡頭反光相機(jī)（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｎｇｌｅ Ｌｅｎｓ Ｒｅｆｌｅｘ Ｃａｍｅｒａ，ＤＳＬＲＣ）的影像組合在一起，可以顯著增加視場(chǎng)角和覆蓋地面范圍，為城市的發(fā)展和管理提供詳細(xì)的視角［７］。另一方面，多光譜組合相機(jī)則在農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境評(píng)估中發(fā)揮著不可或缺的作用［８］。它能夠捕捉不同光譜范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，提供有關(guān)地面狀況的更多細(xì)節(jié)，以支持精確的農(nóng)業(yè)管理和生態(tài)保護(hù)。

然而，由寬幅組合相機(jī)和多光譜組合相機(jī)在不同條件下獲得的多幅獨(dú)立影像在視角、光譜特性和覆蓋范圍上各有差異，給攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理帶來了不小的難度，因此，當(dāng)前的挑戰(zhàn)在于如何高效地整合這些影像?，F(xiàn)有攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件在處理面陣傳感器影像時(shí)，通常基于小孔成像模型［９］對(duì)相機(jī)的成像過程進(jìn)行建模，以共線條件方程為基本數(shù)學(xué)模型。如果將上述２ 類組合相機(jī)在同時(shí)曝光時(shí)獲取的多幅圖像看作是相互獨(dú)立的，直接采用現(xiàn)有的攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，常常面臨諸多挑戰(zhàn)，如交會(huì)角過小、未知數(shù)相關(guān)性強(qiáng)以及平差結(jié)果精度不穩(wěn)定等［１０］。

當(dāng)前，基于單中心投影［１１］理論研究的攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理技術(shù)日趨成熟，并在行業(yè)內(nèi)已得到廣泛應(yīng)用。在這樣的背景下，為了實(shí)現(xiàn)成本效益和實(shí)用性的最優(yōu)化，針對(duì)寬幅和多光譜組合相機(jī)中的特定問題，基于現(xiàn)有的處理軟件對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行細(xì)致優(yōu)化來提高數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值，而非開發(fā)新理論或軟件。根據(jù)虛擬成像原理，深入分析了組合相機(jī)成像時(shí)各物理相機(jī)間的固有幾何關(guān)系；優(yōu)化了將相互獨(dú)立的幾幅圖像合成為一幅符合單中心投影規(guī)律的新圖像的過程。采用該優(yōu)化方法能夠擴(kuò)大寬幅組合相機(jī)的航攝范圍，提高多光譜組合相機(jī)的光譜分辨率，同時(shí)使得這些組合相機(jī)能夠適用于現(xiàn)有的攝影測(cè)量處理技術(shù)和軟件。在實(shí)際應(yīng)用中，這一優(yōu)化方法在處理寬視角組合相機(jī)的影像時(shí)被稱為“相機(jī)拼接”［１２－１４］，而在處理多光譜相機(jī)的影像時(shí)則被稱為“波段配準(zhǔn)”［１５］，以上方式旨在提升寬幅和多光譜組合相機(jī)在多樣化地理信息應(yīng)用中的效能和效率。

１ 虛擬成像原理

１． １ 組合相機(jī)工作原理

當(dāng)組合相機(jī)中的各物理相機(jī)曝光嚴(yán)格同步時(shí)，飛行平臺(tái)對(duì)組合相機(jī)的影響是可以忽略的，因此相機(jī)之間的幾何關(guān)系可以看作是恒定的。組合相機(jī)工作原理示意如圖１ 所示。

在圖１（ａ）中，左視、下視和右視相機(jī)相互靠近，盡可能減少投影中心間的距離，右視相機(jī)放置在左側(cè)，鏡頭向右傾斜，左視相機(jī)放置在右側(cè)，鏡頭向左傾斜，傾斜角度對(duì)稱，大小根據(jù)左右相機(jī)的地面度進(jìn)行設(shè)置。圖１ （ｂ）展示了多光譜組合相機(jī)的成像原理，每臺(tái)物理相機(jī)的鏡頭指向近似平行，對(duì)地面范圍相同區(qū)域成像，獲取各自濾光片對(duì)應(yīng)的譜段數(shù)據(jù)。

１． ２ 虛擬成像模型

無論是用于擴(kuò)大視場(chǎng)角的寬幅組合相機(jī)，還是旨在提高波譜分辨率的多光譜組合相機(jī)，它們的基本工作原理是相同的。每臺(tái)物理相機(jī)自身是一個(gè)完整的ＤＳＬＲＣ 系統(tǒng)，擁有獨(dú)立的光學(xué)路徑和成像傳感器。所提到的成像傳感器，通常是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ-Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ＣＭＯＳ）或電荷耦合器件（Ｃｈａｒｇｅ-Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）。在討論組合相機(jī)的幾何關(guān)系時(shí)，重要的是考慮各物理相機(jī)的攝影中心和攝影方向。每臺(tái)物理相機(jī)，例如第ｉ 臺(tái)，具有攝影中心Ｓｉ 和像主點(diǎn)ｏｉ，后者是攝影方向與影像成像平面的交點(diǎn)。相機(jī)ｉ 的像平面坐標(biāo)系ｏｉ -ｘｉ ｙｉ 中，ｘｉ 軸方向通常與航向方向一致。建立像空間坐標(biāo)系Ｓｉ -ｘｉ ｙｉ ｚｉ 時(shí)，以物理相機(jī)投影中心Ｓｉ 為坐標(biāo)原點(diǎn)，相機(jī)主光軸Ｓｉ ｏｉ 為坐標(biāo)系的ｚｉ軸，同時(shí)確保其ｘｉ、ｙｉ 軸分別平行于像平面坐標(biāo)系的ｘｉ、ｙｉ 軸。對(duì)于組合相機(jī)系統(tǒng)，以虛擬投影中心Ｓ 在空間中的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，以鉛垂線方向?yàn)椋?軸，取航線方向?yàn)椋?軸，按照右手系規(guī)則建立虛擬像空間輔助坐標(biāo)系Ｓ-ＸＹＺ。取地面一點(diǎn)Ａ 為原點(diǎn)，坐標(biāo)軸與虛擬像空間輔助坐標(biāo)系坐標(biāo)軸平行，建立地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系Ａ-Ｘｐ Ｙｐ Ｚｐ。此外，考慮一個(gè)投影中心位于Ｓ 的虛擬理想水平像片，建立其虛擬像空間坐標(biāo)系Ｓ-ｘｙｚ，其中主光軸Ｓｏ 為坐標(biāo)系ｚ 軸。相應(yīng)的虛擬水平像片的像平面坐標(biāo)系表示為ｏ-ｘｙ。這些空間關(guān)系和坐標(biāo)系統(tǒng)如圖２ 所示。

設(shè)地物點(diǎn)Ｍ，其在第ｉ 臺(tái)物理相機(jī)所攝影像上的像點(diǎn)記作ｍｉ。相機(jī)ｉ 攝影時(shí)，其攝影中心Ｓｉ、地物點(diǎn)Ｍ 和其構(gòu)像點(diǎn)ｍｉ 滿足共線條件方差：

式中：（ＸＭ ＹＭ ＺＭ） Ｔ 為地物點(diǎn)Ｍ 在地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系Ａ-Ｘｐ Ｙｐ Ｚｐ 下的坐標(biāo)，λｉ 為物理相機(jī)ｉ 上的攝影比例尺分母，Ｒｉ 為相機(jī)ｉ 成像光束姿態(tài)方向余弦構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣，（ｘｉ ｙｉ ｚｉ） Ｔ 為相機(jī)ｉ 上的構(gòu)象ｍｉ 在像空間坐標(biāo)系Ｓｉ -ｘｉ ｙｉ ｚｉ 下的坐標(biāo)，（ＸＳｉ ＹＳｉ ＺＳｉ） Ｔ 為相機(jī)ｉ 投影中心在攝影測(cè)量坐標(biāo)系Ａ-Ｘｐ Ｙｐ Ｚｐ 下的坐標(biāo)。

同理，設(shè)地物點(diǎn)Ｍ 在理想像片上的構(gòu)像為ｍ０ ，其在虛擬像空間坐標(biāo)系Ｓ-ｘｙｚ 下的坐標(biāo)為（ｘ０ ｙ０ ｚ０ ），且滿足：

式中：λ０ 為虛擬相機(jī)的攝影比例尺分母，Ｒ０ 為虛擬相機(jī)姿態(tài)參數(shù)構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣，（ｘ０ ｙ０ ｚ０） Ｔ 為虛擬相機(jī)上的構(gòu)象ｍ０ 在像空間坐標(biāo)系Ｓ-ｘｙｚ 下的坐標(biāo)，（ＸＳ０ ＹＳ０ ＺＳ０） Ｔ 為虛擬相機(jī)投影中心在攝影測(cè)量坐標(biāo)系Ａ-Ｘｐ Ｙｐ Ｚｐ 下的坐標(biāo)。

聯(lián)立式（１）和式（２）可以發(fā)現(xiàn)，ｍｉ 與ｍ０ 之間存在式（３）所示的變換關(guān)系———虛擬攝影作業(yè)公式：

式中：ｆｉ 與ｆ０ 分別為物理相機(jī)和虛擬相機(jī)的主距，Ｈｉ為投影中心Ｓｉ 與地物點(diǎn)Ｍ 之間的距離，即深度；Ｒ－１ｉ為姿態(tài)方向余弦構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣，ｉ 取值為０ 時(shí)對(duì)應(yīng)虛擬相機(jī)。

結(jié)合組合相機(jī)成像特點(diǎn)，進(jìn)一步分析式（３）可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)虛擬相機(jī)以理想水平姿態(tài)對(duì)地成像時(shí)，Ｒ０ ＝ Ｅ，Ｒｉ 為物理相機(jī)ｉ 成像光束相對(duì)于理想相機(jī)的姿態(tài)，虛擬攝影成像誤差由（ＸＳ０ － ＸＳｉ ＹＳ０ － ＹＳｉ ＺＳ０ －ＺＳｉ） Ｔ ／ Ｈｉ 決定，當(dāng)虛擬相機(jī)投影中心與物理相機(jī)投影中心重合時(shí)，誤差項(xiàng)分子為０，此時(shí)虛擬相機(jī)與物理相機(jī)間的幾何變換關(guān)系是嚴(yán)密的。然而，組合相機(jī)的物理結(jié)構(gòu)決定了虛擬相機(jī)無法同時(shí)與各個(gè)物理相機(jī)的投影中心重合，因此虛擬攝影過程不可避免地引入誤差：

式中：Ｈ０ 為虛擬成像投影面平均高程，ΔＨ 為地物點(diǎn)與投影水平面間的高差，（Δｘ Δｙ Δｚ） Ｔ 為地形起伏引起的投影誤差。一般情況下，投影中心間距離為厘米級(jí)，航空飛行平臺(tái)的攝影距離通常為數(shù)百米，誤差項(xiàng)數(shù)值較小，可忽略其影響。

２ 實(shí)驗(yàn)及分析

本節(jié)通過一系列實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證虛擬成像原理在寬幅組合相機(jī)圖像拼接以及多光譜組合相機(jī)波段配準(zhǔn)中的有效性［１６］。為了展示虛擬成像技術(shù)在處理不同攝影平臺(tái)和條件下獲取的圖像數(shù)據(jù)時(shí)的適應(yīng)能力和精度，并證明理論的可行性和實(shí)用性，實(shí)驗(yàn)選取了２ 種不同類型的相機(jī)：徠卡ＣｏｎｔｅｎｔＭａｐｐｅｒ 寬幅組合相機(jī)和長(zhǎng)光禹辰ＭＳ６００ 多光譜組合相機(jī)作為實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備。

詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)和外觀特征為實(shí)驗(yàn)提供了必要的技術(shù)背景，是理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素。２ 種相機(jī)的外觀及其基本參數(shù)分別如表１ 和表２ 所示。

表１ 列出了徠卡ＣｏｎｔｅｎｔＭａｐｐｅｒ 組合相機(jī)中３ 臺(tái)獨(dú)立物理相機(jī)的基本參數(shù)，下視相機(jī)與左、右２ 臺(tái)側(cè)視相機(jī)相比，主距短，視場(chǎng)角大，由于其攝影距離較側(cè)視相機(jī)更近，因此成像時(shí)３ 臺(tái)物理相機(jī)間的空間分辨率差異較小，對(duì)于虛擬拼接是有利的。

表２ 列出了長(zhǎng)光禹辰６ 波段多光譜組合相機(jī)的基本參數(shù)，每臺(tái)物理相機(jī)除濾光片不同外，其他參數(shù)均相同，安裝角度近似相互平行，拍攝范圍基本一致。

２． １ 寬幅組合相機(jī)實(shí)驗(yàn)與分析

徠卡ＣｏｎｔｅｎｔＭａｐｐｅｒ 寬幅組合相機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)位于城區(qū)，相對(duì)地面飛行高度約為２ ７００ ｍ，影像空間分辨率約為０． ０９ ｍ，影像紋理豐富、對(duì)比度適中，無明顯模糊。在成像時(shí)，３ 臺(tái)物理相機(jī)分別對(duì)地面不同區(qū)域進(jìn)行攝影，側(cè)視相機(jī)與下視相機(jī)視場(chǎng)角之間的重疊度約為０． ６°，處于重疊區(qū)的地物會(huì)同時(shí)在側(cè)視相機(jī)和下視相機(jī)上成像。首先利用影像匹配算法在重疊區(qū)內(nèi)量取一組空間分布盡可能均勻的同名像點(diǎn)，如圖３ 所示，圖中紅色十字絲代表同名像點(diǎn)在影像中的位置。

然后將同名像點(diǎn)坐標(biāo)視作觀測(cè)值，利用最小二乘方法解算式（３）對(duì)應(yīng)的未知數(shù)，建立３ 臺(tái)相機(jī)之間的剛體變換關(guān)系。接著將虛擬相機(jī)成像傳感器幅面設(shè)置為１９１． ７６ ｍｍ×４０． ００ ｍｍ，并通過虛擬成像重投影變換［１７］和灰度重采樣過程，生成一整幅寬視角影像，結(jié)果如圖４ 所示。

圖４ 所示影像寬５１ ０００ ｐｉｘｅｌ，高１０ ６４０ ｐｉｘｅｌ，與表１ 所示物理相機(jī)幅面相比，虛擬寬幅影像合成了左視、下視以及右視３ 臺(tái)相機(jī)拍攝的影像，顯著增大了虛擬相機(jī)的視場(chǎng)角。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證相機(jī)重疊區(qū)拼接縫兩側(cè)地物的對(duì)齊精度，實(shí)驗(yàn)臨時(shí)關(guān)閉了虛擬成像過程中的色彩均衡算法和羽化過度算法。這樣做可以保留拼接縫，便于觀察地物幾何錯(cuò)位，這種幾何錯(cuò)位在圖５ 中有所展示。

圖５ 為拼接縫兩側(cè)放大２ 倍后的結(jié)果，沿拼接縫兩側(cè)線狀地物對(duì)齊良好，無明顯錯(cuò)位。為了定量評(píng)價(jià)３ 臺(tái)相機(jī)重地區(qū)拼接精度，實(shí)驗(yàn)在求得式（３）中的未知數(shù)后，將左、右２ 臺(tái)相機(jī)上的像點(diǎn)坐標(biāo)變換至下視相機(jī)，并與同名像點(diǎn)在下視相機(jī)上的坐標(biāo)求差，其中誤差為１． １９ μｍ，約為０． ３１ ｐｉｘｅｌ（１． １９ ／ ３． ７６≈０． ３１），該值可作為拼接精度的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。

２． ２ 多光譜組合相機(jī)實(shí)驗(yàn)與分析

在本節(jié)中，第一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取高大建筑區(qū)，用于本文方法對(duì)場(chǎng)景深度變化的適應(yīng)能力；第二組數(shù)據(jù)為無紋理及乏紋理區(qū)，用于檢驗(yàn)將組合相機(jī)幾何關(guān)系視作剛體的合理性；第三組紋理豐富，用于定量評(píng)價(jià)本文方法的精度。

２． ２． １ 場(chǎng)景深度變化時(shí)的驗(yàn)證與分析

實(shí)驗(yàn)采用多旋翼無人機(jī)搭載多光譜組合相機(jī)進(jìn)行飛行，相對(duì)地面飛行高度為１００ ｍ，同時(shí)觀察的樓房高度約為２０ ｍ。為了展示波段配準(zhǔn)的效果，比較了配準(zhǔn)前后的影像，對(duì)比效果如圖６ 所示。

從圖６（ａ）可以看出，配準(zhǔn)前將各物理相機(jī)拍攝的波段直接疊加，存在明顯的幾何錯(cuò)位；而采用本文方法配準(zhǔn)后，整體目視效果良好。從圖６（ｃ）的局部放大圖來看，地面停車場(chǎng)中車位邊線及屋頂均嚴(yán)格配準(zhǔn)，無錯(cuò)位現(xiàn)象，說明忽略式（４）所示誤差項(xiàng)是可行的。

２． ２． ２ 乏紋理及無紋理區(qū)的驗(yàn)證與分析

當(dāng)用組合相機(jī)拍攝大面積河流、湖泊、沙漠和草原等無紋理或乏紋理地區(qū)時(shí)，可利用相同航高獲取的一組紋理豐富的圖像，計(jì)算式（３）所需參數(shù)，進(jìn)而處理無紋理區(qū)圖像。實(shí)驗(yàn)選取一個(gè)水面面積較大的區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，其中相對(duì)水面的航高約５０ ｍ。為了展示不同條件下的配準(zhǔn)效果，特別關(guān)注了部分落水和完全落水２ 種情況。這２ 種情況下的配準(zhǔn)效果分別如圖７ 和圖８ 所示。

從圖７ 和圖８ 可以看出，地面和水面均嚴(yán)密配準(zhǔn)，特別是當(dāng)影像全部落水時(shí)，波段之間仍然配準(zhǔn)嚴(yán)密，這說明將組合相機(jī)的幾何變換關(guān)系視作剛體，相同飛行條件使用同一套變換參數(shù)是合理的。

２． ２． ３ 精度驗(yàn)證與分析

為定量評(píng)價(jià)本文方法的幾何精度，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步選取一幅已配準(zhǔn)影像，取該影像的第四、第五波段，利用最小二乘匹配方法［１８］提取波段間同名像點(diǎn)，并將像點(diǎn)在２ 個(gè)波段上的坐標(biāo)之差作為評(píng)價(jià)波段間配準(zhǔn)精度［１９－２１］的指標(biāo)。

波段４ 與波段５ 之間的同名像點(diǎn)（經(jīng)統(tǒng)計(jì)共計(jì)２１２ 對(duì)同名像點(diǎn)）基本覆蓋了整幅影像，這些點(diǎn)不僅分布在地面上，也位于房頂和樹冠上。這種廣泛的分布可用于評(píng)估不同深度地物的配準(zhǔn)精度。同名像點(diǎn)的分布如圖９ 所示，而２ 個(gè)波段間同名像點(diǎn)的坐標(biāo)差值，作為評(píng)價(jià)配準(zhǔn)精度的部分結(jié)果，如表３ 所示。

從表３ 可以看出，２ 個(gè)波段間在列和行方向的配準(zhǔn)誤差分別為０． １６ ｐｉｘｅｌ 和０． １９ ｐｉｘｅｌ，平面配準(zhǔn)誤差為０． ２５ ｐｉｘｅｌ，滿足遙感領(lǐng)域中對(duì)影像配準(zhǔn)精度一般不低于０． ３ ｐｉｘｅｌ 的要求。

３ 結(jié)束語

基于通道分離型組合相機(jī)成像原理，深入探討了虛擬成像技術(shù)在擴(kuò)展寬幅組合相機(jī)視場(chǎng)角及實(shí)現(xiàn)多光譜組合相機(jī)波段精確配準(zhǔn)方面的應(yīng)用。將多臺(tái)物理相機(jī)的相對(duì)位置和姿態(tài)關(guān)系視為剛體連接，通過精確測(cè)量不同相機(jī)捕捉的同名像點(diǎn)，計(jì)算相機(jī)間的幾何變換關(guān)系，成功將各個(gè)相機(jī)拍攝的圖像集有效地融合為一幅符合單中心投影規(guī)律的新圖像。核心工作在于優(yōu)化各物理相機(jī)的固有幾何關(guān)系，特別是在航空攝影中，通過忽略地形起伏引入的誤差，簡(jiǎn)化了平差模型，顯著提升了圖像融合的處理效率，在處理無紋理區(qū)域或復(fù)雜地形時(shí)顯示出高適應(yīng)性和精確度，擴(kuò)展了寬幅組合相機(jī)在中小范圍航攝中的應(yīng)用范圍和提高了多光譜組合相機(jī)的光譜分辨率。

此外，基于虛擬成像原理的組合相機(jī)視場(chǎng)拼接與波段配準(zhǔn)后生成的單中心投影虛擬影像，完全兼容現(xiàn)有攝影測(cè)量處理軟件系統(tǒng)。這一成果在理論上具有精確性，在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出高效性，解決了寬幅組合相機(jī)的拼接難題和多光譜相機(jī)的波段配準(zhǔn)問題，為航空攝影測(cè)量領(lǐng)域提供了新視角和實(shí)用解決方案。該技術(shù)不僅提高了數(shù)據(jù)處理的效率和精度，也為地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用開辟了新途徑。

然而，在特殊場(chǎng)景，尤其是處理各物理相機(jī)曝光不同步的問題時(shí)仍面臨挑戰(zhàn)。在物理相機(jī)攝影中心間距較大時(shí)，虛擬成像方法難以解決寬幅組合相機(jī)的拼接和多光譜組合相機(jī)的配準(zhǔn)問題。未來將探索更高效的同步曝光技術(shù)和改進(jìn)的影像融合算法［２２］，以確保在各種條件下都能獲得高質(zhì)量影像數(shù)據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介

馮笑宇 男，（１９９２—），碩士，工程師。主要研究方向：航電系統(tǒng)、導(dǎo)航。

李 雷 男，（１９８５—），碩士，高級(jí)工程師。主要研究方向：航電武器任務(wù)系統(tǒng)。

鐘聯(lián)宇 男，（１９６８—），碩士，正高級(jí)工程師。主要研究方向：航電、衛(wèi)星導(dǎo)航、火控和通信。

陳江蘇 男，（１９８４—），碩士，高級(jí)工程師。主要研究方向：航電系統(tǒng)、導(dǎo)航、座艙顯示。

顧 杭 男，（１９７１—），碩士，正高級(jí)工程師。主要研究方向：航電任務(wù)系統(tǒng)、通信。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（６１８１３７３）