宽视场卫星CCD影像的严格几何纠正方法技术

本发明专利技术公开了一种宽视场卫星CCD影像的严格几何纠正方法，包括步骤：S1，将卫星影像沿轨道方向划分多个节点；S2，利用卫星影像提供的初始轨道参数，拟合计算各所述节点的姿轨参数初值，像机畸变参数初值全部为0；S3，采集控制点数据，并将控制点的坐标值带入宽视场卫星影像几何纠正模型，每个所述控制点在X和Y方向上各列一个方程式，利用最小二乘求解几何纠正模型的参数；S4，利用S3中的模型求解得到的几何纠正模型的参数，对宽视场卫星影像进行重采样，并进行地理编码，完成高精度几何纠正。本发明专利技术的方法相对于现有技术中的其他方法纠正精度提高至少5倍以上。

【技术实现步骤摘要】
宽视场卫星CCD影像的严格几何纠正方法
本专利技术涉及测绘学科中摄影测量与遥感
，尤其涉及一种宽视场卫星CCD影像的严格几何纠正方法。
技术介绍
目前卫星影像常用的几何纠正模型包括有理函数模型、基于平行光投影的仿射变换模型、多项式模型、共线方程模型等，其中有理函数模型和基于平行光投影的仿射变换模型适合窄视场角高分辨率卫星影像，多项式模型适合中低分辨率卫星影像以及纠正精度要求不高的影像几何纠正，以上纠正模型都不是严格的几何模型，只能将各种影像变形因素综合考虑进行拟合。目前大部分中高分辨率卫星影像，采用线阵推扫的方式获取影像，目前基于共线方程的线阵卫星影像几何纠正模型是假定每个扫描行的6个外方位元素(3个位置参数，3个姿态参数)沿飞行方向线性变化，因此只需要计算出其中一个扫描行的6个外方位元素及其对应的6个变化量即可。这个假设条件对于每景影像覆盖轨道较短的卫星影像是近似成立的，对于环境减灾卫星(HJ-1)CCD影像之类的并不成立，原因分析如下。通过对全球不同区域的HJ-1影像进行几何纠正的前期技术试验和试生产试验，对试验区大量HJ-1影像的轨道参数进行统计分析，得出如下结论：(a)HJ-1轨道位置数据比较稳定，用二次多项式拟合残差一般在15米以内。(b)HJ-1轨道姿态数据稳定性较差，大部分景内姿态不能用统一多项式或三角函数拟合，数据离散度(方差)和数据值本身在一个数量级上，附图1、2、3分别是HJ-1影像景内三个方向姿态的分布示意图(横坐标为卫星飞行时刻，纵坐标为姿态值)。可见，现有技术中针对宽视场卫星CCD影像存在单景卫星轨迹长、轨道姿态不稳定、像机畸变较大，造成目前的几何纠正模型存在纠正精度较差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种宽视场卫星CCD影像的严格几何纠正方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种宽视场卫星CCD影像的严格几何纠正方法，包括以下步骤：S1，将卫星影像沿轨道方向划分多个节点；S2，利用卫星影像提供的初始轨道参数，拟合计算各所述节点的姿轨参数初值，像机畸变参数初值全部为0；S3，采集控制点数据，并将控制点的坐标值带入宽视场卫星影像几何纠正模型，每个所述控制点在X和Y方向上各列一个方程式，利用最小二乘求解几何纠正模型的参数；S4，利用S3中的模型求解得到的几何纠正模型的参数，对宽视场卫星影像进行重采样，并进行地理编码，完成高精度几何纠正。优选的，S1中划分多个所述节点时，如果所述控制点在轨道方向上分布均匀则各所述节点间隔也均等，如果所述控制点在轨道方向上分布不均匀则各所述节点的间隔也相应调整。优选的，所述控制点的数量不少于所述节点数量的三倍。优选的，每个所述节点包括6个姿轨参数，所述6个姿轨参数由3个位置参数和3个姿态参数组成。优选的，各所述节点之间的每行影像姿轨参数采用内插的方式计算得到。优选的，所述宽视场卫星影像几何纠正模型为：xi0-f=1λa1(t)b1(t)c1(t)a2(t)b2(t)c2(t)a3(t)b3(t)c3(t)Xi-Xs(t)Yi-Ys(t)Zi-Zs(t)]]>其中：xi为像点坐标，yi恒为0，f为影像的有效焦距；Xi，Yi，Zi为像点所对应的地面点坐标；Xs(t)，Ys(t)，Zs(t)为第t行所对应的投影中心地面坐标；ai(t)，bi(t)，ci(t)(i＝1，2，3)对应的投影中心的姿态角所构成的旋转矩阵；(t)表明各参数是随扫描行而变化的。本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法将拉格朗日姿轨拟合函数加入共线方程模型，附加一维高次像机畸变模型，将拉格朗日拟合函数参数、共线方程参数、像机畸变模型参数集成在一个模型中，利用控制点和最小二乘优化方法求解所有参数，达到高精度几何纠正的目的，本专利技术的方法相对于现有技术中的其他方法纠正精度提高至少5倍以上。附图说明图1是HJ-1影像景内三个方向姿态的φ角分布示意图；图2是HJ-1影像景内三个方向姿态的ω角分布示意图；图3是HJ-1影像景内三个方向姿态的κ角分布示意图；图4是本专利技术的宽视场卫星影像几何模型示意图；图5是本专利技术的宽视场卫星CCD影像的严格几何纠正方法的步骤示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对宽视场卫星CCD影像存在单景卫星轨迹长、轨道姿态不稳定、像机畸变较大，造成目前几何纠正模型纠正精度较差，本专利技术提出了拉格朗日姿轨拟合附加高次像机畸变差改正方法，将该类卫星影像几何纠正精度提高5倍以上，达到2个像素以内。本专利技术的方法的原理是：将拉格朗日姿轨拟合函数加入共线方程模型，附加一维高次像机畸变模型，将拉格朗日拟合函数参数、共线方程参数、像机畸变模型参数集成在一个模型中，利用控制点和最小二乘优化方法求解所有参数，达到高精度几何纠正的目的。其中拉格朗日姿轨拟合函数与共线方程集成的细节如下。将单景宽视场CCD卫星影像沿轨道方向划分多个节点，可等分也可不等分(见图4)，每个轨道节点有6个姿轨参数(3个位置参数，3个姿态参数)，轨道节点之间的每行影像姿轨参数采用内插的方式计算得到。将轨道节点的姿轨参数和内插函数一起带入共线方程，即为宽视场卫星影像几何纠正模型，见公式(1)。假设有n个轨道节点，则共有6×n个姿轨参数，至少需要3×n个控制点通过最小二乘平差解算上述参数。单个扫描行影像的几何纠正方法和框幅式影像一样，即第t行的构像方程为(公式1)：xi0-f=1λa1(t)b1(t)c1(t)a2(t)b2(t)c2(t)a3(t)b3(t)c3(t)Xi-Xs(t)Yi-Ys(t)Zi-Zs(t)]]>其中：xi为像点坐标，yi恒为0，f为影像的有效焦距；Xi，Yi，Zi为像点所对应的地面点坐标；Xs(t)，Ys(t)，Zs(t)为第t行所对应的投影中心地面坐标；ai(t)，bi(t)，ci(t)(i＝1，2，3)对应的投影中心的姿态角所构成的旋转矩阵。(t)表明各参数是随扫描行而变化的。传感器平台的瞬时外参数Xs(t)，Ys(t)，Zs(t)，ω(t)κ(t)对每一行CCD影像有不同的数值，他们是轨道节点所在的姿轨参数的函数，可以选用常用的拉格朗日插值函数表达(公式2)。即ω(t)=Σk=0m(Πj=0j≠kmt-tjtk-tj)ωl]]>κ(t)=Σk=0m(Πj=0j≠kmt-tjtk-tj)κl]]>Xs(t)=Σk=0m(Πj=0j≠kmt-tjtk-tj)Xsl]]>Ys(t)=Σk=0m(Πj=0j≠kmt-tjtk-tj)Ysl]]>Zs(t)=Σk=0m(Πj=0j≠kmt-tjtk-tj)Zsl]]>其中ωl，κl，为轨道l节点的姿轨参数。本专利技术的方法包括如下步骤：(1)将卫星影像沿轨道方向划分不同节点，节点间隔一般等分，如果控制点在轨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽视场卫星CCD影像的严格几何纠正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将卫星影像沿轨道方向划分多个节点；S2，利用卫星影像提供的初始轨道参数，拟合计算各所述节点的姿轨参数初值，像机畸变参数初值全部为0；S3，采集控制点数据，并将控制点的坐标值带入宽视场卫星影像几何纠正模型，每个所述控制点在X和Y方向上各列一个方程式，利用最小二乘求解几何纠正模型的参数；S4，利用S3中的模型求解得到的几何纠正模型的参数，对宽视场卫星影像进行重采样，并进行地理编码，完成高精度几何纠正。

【技术特征摘要】
1.一种宽视场卫星CCD影像的严格几何纠正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将卫星影像沿轨道方向划分多个节点；S2，利用卫星影像提供的初始轨道参数，拟合计算各所述节点的姿轨参数初值，像机畸变参数初值全部为0；S3，采集控制点数据，并将控制点的坐标值带入宽视场卫星影像几何纠正模型，每个所述控制点在X和Y方向上各列一个方程式，利用最小二乘求解几何纠正模型的参数；S4，利用S3中的模型求解得到的几何纠正模型的参数，对宽视场卫星影像进行重采样，并进行地理编码，完成高精度几何纠正；所述高精度是指几何纠正精度达到2个像素以内。2.根据权利要求1所述的宽视场卫星CCD影像的严格几何纠正方法，其特征在于，所述控制点的数量不少于所述节点数量的三倍。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏伟，廖安平，陈军，
申请(专利权)人：国家基础地理信息中心，
类型：发明
国别省市：北京;11