一种超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段在轨几何定标方法技术

本发明专利技术是一种超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段在轨几何定标方法。本发明专利技术基于线阵推扫模式光学卫星严密成像几何模型，充分考虑超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段成像幅宽大、多波段、数据量大以及相邻探测器之间具有分时成像特性的特点，在对探测器分组后，对多光谱谱段中基准和非基准谱段影像通过以全色波段数据为控制数据的附带片间几何定位一致性约束的分步迭代绝对定标法进行在轨几何定标，然后对多光谱谱段中非基准谱段影像通过以多光谱基准谱段数据为控制数据的附带片间几何定位一致性约束的分步迭代相对定标法进行在轨几何定标。几何定标。几何定标。

【技术实现步骤摘要】
一种超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段在轨几何定标方法


[0001]本专利技术涉及遥感图像几何校正处理
，是一种超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段在轨几何定标方法。

技术介绍

[0002]高精度几何定位是发挥高分辨率卫星性能和价值的基础，在轨几何定标是提升高分辨率遥感卫星几何性能的重要环节，同时也是卫星几何校正处理的必要步骤。光学遥感卫星发射前已对星上载荷进行了严格的实验室检校，但是由于卫星发射及卫星入轨后运行过程中的环境改变等因素的影响，致使星上的测量器件状态发生了改变，使得实验室检校参数无法表征卫星在轨的真实状态，从而造成光学影像的几何定位精度下降。因此，通过摄影测量方法对成像系统的内外方位元素进行精确标定，从而为影像几何处理提供精确的几何成像参数是光学遥感影像高精度几何处理的关键。光学遥感卫星中多光谱谱段具有高光谱分辨率，是利用遥感影像进行可视化及定量分析应用的重要数据源，因此高精度的多光谱谱段数据在轨几何定标是数据定量应用的基石。
[0003]目前，针对航空相机、小幅宽光学卫星的几何定标已经开展了大量工作，但随着技术的发展，针对新研制的高分辨率亚米级宽幅卫星的在轨几何定标研究较少，原有方法难以适应高分辨率亚米级宽幅卫星高分辨率及大幅宽(100km以上)的特性，因此必须针对新研制的超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段的特点构建高精度在轨几何定标模型，用以实现多光谱影像内视场无缝拼接、高谱段间配准精度以及高精度几何定位。
[0004]为了得到卫星遥感影像高精度几何定位结果，许多论文针对不同卫星提出了不同的方法。2011年郝雪涛、徐建艳、王海燕、雷玉飞在《中国科学：信息科学》上提出了一种基于角度不变的线阵推扫式CCD相机几何畸变在轨检校方法，通过分析CCD相机的光学畸变特性的基础上建立三阶畸变模型，利用角度不变原理解算模型参数，并针对HJ
‑
1A/1B卫星进行了实验；2013年杨博、王密在《遥感学报》上发表了《资源一号02C卫星多光谱相机在轨几何定标方法》，针对资源一号02C卫星多光谱相机将待定标参数分为内外定标参数，并采用分步迭代的策略解算内外定标参数；2013年蒋永华、张过、唐新明、祝小勇等在《测绘学报》上发表《资源三号测绘卫星三线阵影像高精度几何检校》，针对资源三号三线阵相机的中光学拼接探测器，推导了多线阵CCD拼接的内方位元素模型，在此基础上构建基于偏置矩阵及内方位元素模型的多检校场联合几何检校模型和几何检校方案。
[0005]但现有方法中很少有针对幅宽大于100km、分辨率优于4m，且采用了超多片交错式机械拼接卫星的多光谱谱段在轨几何定标方法，因此本专利提出了超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段在轨几何定标方法，取得了较好的效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，针对超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段专利技术一种在轨几何定标方法。基于线阵推扫模式光学卫星严密成像几何模型，充分考虑超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段成像幅宽大、多波段、数据量大以及相邻探测器之间具有分时成像特性的特点，在对探测器分组后，对多光谱谱段中基准谱段影像通过以全色波段数据为控制数据的附带片间几何定位一致性约束的分步迭代绝对定标法进行在轨几何定标，然后对多光谱谱段中非基准谱段影像通过以多光谱基准谱段数据为控制数据的附带片间几何定位一致性约束的分步迭代相对定标法进行在轨几何定标。
[0007]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0008]本专利技术提供了一种超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段在轨几何定标方法，本专利技术提供了以下技术方案：
[0009]一种超多片机械式交错拼接推扫成像亚米级宽幅卫星多光谱谱段在轨几何定标方法，所述方法包括以下步骤：
[0010]所述方法包括以下步骤：
[0011]步骤S1:进行多光谱基准谱段的在轨几何定标；
[0012]所述步骤S1具体为：
[0013]步骤1：进行探测器分组，按照与多光谱基准谱段影像数据相同的探测器分组策略对多光谱非基准谱段探测器进行分组，以组为单位分别进行后续的在轨几何定标；
[0014]步骤2：构建严密几何模型；
[0015]步骤3：在多光谱基准谱段影像中选取定标区域，进行控制点提取；
[0016]步骤4：将定标区域中的相邻探测器分别拍摄的相同目标进行密集匹配，获得约束控制点；
[0017]步骤5：附带片间几何定位一致性约束的分步迭代法求解定标系数，进行在轨几何标定；
[0018]步骤S2：进行多光谱非基准谱段的在轨几何定标；
[0019]所述步骤S2具体为：
[0020]步骤一：进行探测器分组，按照与多光谱基准谱段影像数据相同的探测器分组策略对多光谱非基准谱段探测器进行分组，以组为单位分别进行后续的在轨几何定标；
[0021]步骤二：构建严密几何模型；
[0022]步骤三：在多光谱基非准谱段影像中选取定标区域，进行控制点提取；
[0023]步骤四：将定标区域中的相邻探测器分别拍摄的相同目标进行密集匹配，获得约束控制点；
[0024]步骤五：附带片间几何定位一致性约束的分步迭代法求解定标系数，进行在轨几
何标定。
[0025]优选地，所述步骤2和步骤二相同，具体为：
[0026]在几何定标系数的基础上，结合卫星成像过程中的GPS测量数据、卫星成像姿态测量数据辅助数据针对多光谱基准谱段构建严密成像几何模型，即：
[0027][0028]其中，[X
s Y
s Z
s
]tT
是t时刻GPS相位中心在WGS84坐标系下的位置矢量，是t时刻J2000坐标系到WGS84坐标系的旋转矩阵，是t时刻卫星本体坐标系到J2000坐标系的旋转矩阵，[D
x D
y D
z
]T
是GPS相位中心在卫星本体坐标系下的坐标，[d
x d
y d
z
]T
是相机坐标系原点相对于卫星本体坐标系的平移，是相机坐标系到卫星本体坐标系的旋转矩阵，[x
‑
x
0 y
‑
y0‑
f]T
中(x y)
T
是当前像点坐标，(x
0 y0)
T
对应的相机主点坐标，f是相机主距，最后得到的[X 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
Z
i
]
T
，对应的像点坐标为，[x
i y
i
]
T
，i＝1,2,3,
…
,N；所述步骤三具体为：以多光谱非基准谱段对应的多光谱基准影像作为控制数据，在多光谱基非准谱段影像中选取定标区域，针对该区域通过图像匹配算法对待定标影像与多光谱基准谱段影像控制数据进行高精度密集匹配，获得均匀分布的N个控制点，控制点的WGS84地心直角坐标为[X
i Y
i Z
i
]
T
，对应的像点坐标为，[x
i y
i
]
T
，i＝1,2,3,...,N。4.根据权利要求3所述的方法，其特征是：所述步骤4和步骤四相同，具体为：采用附加片间几何定位一致性约束条件的在轨几何定标方法来解决相邻探测器间相同区域影像拼接错缝问题，实现该方法需要对定标区域内相邻探测器拍摄的相同目标区域通过图像匹配算法进行高精度密集匹配，获得M个控制点，控制点的WGS84地心直角坐标为[X
i Y
i Z
i
]
T
，对应的像点坐标为[(x
Li y
Li
),(x
Ri y
Ri
)]
T
，i＝1,2,3,
…
,M。5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：所述步骤5具体为：将在轨几何定标分为外方位元素定标和内方位元素定标：外方位元素定标采用顾及时间特性的偏置矩阵模型作为外方位元素定标模型，即其中，a
i
、b
i
、c
i
(i＝1,2,3)为顾及时间特性的偏置矩阵模型的系数，为绕y轴的转角，为绕y轴的转角的变化速度，ω
u
为绕x轴的转角，ω
v
为绕x轴的转角的变化速度，κ
u
为绕z轴的转角，t为时间；内方位元素定标模型采用探元指向角模型来表达内方位元素，探元指向角模型即像元(x y f)
T
在相机坐标系下的指向角可表示为(tanψ
x tanψ
y 1)
T
，即：，即：其中，x表示当前探元在相机坐标系下的横坐标，...

【专利技术属性】
技术研发人员：武红宇，白杨，王灵丽，巴倩倩，贾益，彭颖，钟兴，程超，杨浩，
申请(专利权)人：长光卫星技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：