高分衛(wèi)星成像模型

1、高分辨率衛(wèi)星遙感圖像的高分辨率衛(wèi)星遙感圖像的成像模型成像模型李勁澎內(nèi)容內(nèi)容n一、典型高分辨率遙感衛(wèi)星n二、高分辨率衛(wèi)星遙感圖像嚴(yán)格成像模型n三、高分辨率衛(wèi)星遙感圖像通用成像模型2一、典型高分辨率遙感衛(wèi)星3衛(wèi)星名稱衛(wèi)星名稱所屬國家所屬國家發(fā)射時間發(fā)射時間地面分辨率地面分辨率IKONOS美國1999年9月24日1mQuickBird美國2001年10月18日0.61mSPOT-5法國2002年5月4日2.5mCBERS-02B中國與巴西2007年9月19日2.36m資源三號中國2012年1月9日2.1m一、典型高分辨率遙感衛(wèi)星uSPOT-5 HRS數(shù)據(jù)SPOT-5衛(wèi)星：2002年5月4日發(fā)射，軌道

2、高度822km；HRS傳感器配有前視和后視2套光學(xué)成像系統(tǒng)，共用一個全色波段的線陣CCD傳感器。傳感器傳感器HRSHRS焦距焦距/mm/mm580像元尺寸像元尺寸/ / 12000 6.5視場角視場角/ /地面分辨率地面分辨率/m/m5（沿軌）10（垂軌）前視、后視與下視夾角前視、后視與下視夾角/ /4一、典型高分辨率遙感衛(wèi)星u資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源三號衛(wèi)星是我國第一顆民用三線陣立體測圖衛(wèi)星，于2012年1月9日成功發(fā)射，軌道高度約500km，軌道傾角約97.5度，衛(wèi)星共搭載了4臺光學(xué)相機(jī)，包括前后視分辨率為3.5m、下視分辨率為2.1m的三線陣測繪相機(jī)和分辨率為5.8m的多光譜相機(jī)。傳感器傳感

3、器三線陣三線陣CCD相機(jī)相機(jī)光譜范圍光譜范圍/ / 0.50.8地面分辨率地面分辨率/m/m下視2.1前后視3.5焦距焦距/mm/mm1700量化比特數(shù)量化比特數(shù)/bit/bit10視場角視場角/ /6像元尺寸像元尺寸/ / 下視24576(8192 3) 7前后視16384(4096 4) 10前視、后視與下視夾角前視、后視與下視夾角/ /5一、典型高分辨率遙感衛(wèi)星u天繪一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)天繪一號衛(wèi)星是我國第一顆傳輸型立體測繪遙感衛(wèi)星，于2010年8月24日成功發(fā)射入軌，標(biāo)稱軌道高度為500km，回歸周期58天，其搭載的光學(xué)成像傳感器包括高分辨率相機(jī)、三線陣和4個小面陣混合配置的LMCCD相機(jī)以及

4、4個波段的多光譜相機(jī)，可以獲取2m分辨率的全色影像、5m分辨率的三線陣CCD立體影像以及10m分辨率的多光譜影像。6二、高分辨率衛(wèi)星遙感影像嚴(yán)格成像模型高分辨率遙感衛(wèi)星成像傳感器多為線陣CCD傳感器；成像方式：行中心投影與列平行投影結(jié)合；每一掃描行外方位元素隨成像時刻的不同而變化，求解每一時刻的外方位元素不太現(xiàn)實(shí)，需要對成像時刻的外方位元素用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行合理的內(nèi)插，同時可以減少未知數(shù)的個數(shù)，使求解成為可能。2.1光學(xué)衛(wèi)星成像幾何7二、外方位元素建模及數(shù)據(jù)說明2.1光學(xué)衛(wèi)星成像幾何8軌道運(yùn)行方向掃描線方向O1OkOnccco1okPnpnpkp1xnxkx1l1lklnon坐標(biāo)系9衛(wèi)星運(yùn)動方向0

5、1Z1X1Y1CCD 陣列影像獲取系統(tǒng)column 象素觀測方向X0Y0本體坐標(biāo)系傳感器坐標(biāo)系圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)系10衛(wèi)星運(yùn)動方向O2Z2X2Y2象素觀測方向軌道坐標(biāo)系軌道坐標(biāo)系地心直角坐標(biāo)系2.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程11cxmZZYYXXkBSFBGFCISsss0RRR地面點(diǎn)衛(wèi)星地心2.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程l 一般多項(xiàng)式模型122.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程l定向片內(nèi)插模型 定向片法平差一般采用Lagrange多項(xiàng)式進(jìn)行外方位元素內(nèi)插。在圖中，假設(shè)地面點(diǎn)P的下視像點(diǎn) 成像于掃描行 ，其位于定向片 和 之間，如果采用三次Lagrange多項(xiàng)式內(nèi)插，則第 掃描行的外方位元素可利用相鄰4個定向片

6、 、 、 和 的外方位元素內(nèi)插得到，即：NpK1K PpFpNpBK-1KK+1K+2定向片內(nèi)插模型示意圖j1K K1K 2K 2211( )( )KKkjii Kk Kikk ittP tP tttj132.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程SPOT-5 HRS影像嚴(yán)格成像模型掃描行成像時刻的確定像點(diǎn)在本體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)142.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程SPOT-5 HRS影像嚴(yán)格成像模型衛(wèi)星本體坐標(biāo)系與軌道坐標(biāo)系之間的變換軌道坐標(biāo)系與WGS-84坐標(biāo)系之間的變換152.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程 SPOT-5 HRS影像嚴(yán)格成像模型162.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程資源三號衛(wèi)星三線陣CCD影像嚴(yán)格成像模型

7、掃描行成像時刻的確定像點(diǎn)在本體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系與J2000坐標(biāo)系之間的變換172.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程 資源三號衛(wèi)星三線陣CCD影像嚴(yán)格成像模型J2000坐標(biāo)系與WGS-84坐標(biāo)系之間的變換 為極移矩陣， 為地球自轉(zhuǎn)矩陣， 為歲差章動矩陣。資源三號衛(wèi)星三線陣CCD影像的嚴(yán)格成像模型182.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程 天繪一號衛(wèi)星三線陣CCD影像嚴(yán)格成像模型 由精密定軌數(shù)據(jù)確定； 為下視相機(jī)相對于CGCS2000坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣，由精密定姿數(shù)據(jù)確定； 為前視相機(jī)、后視相機(jī)相對于下視相機(jī)的夾角所構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣； 為CCD在焦平面的旋轉(zhuǎn)角所構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣； 為在CCD線陣上

8、探元在 方向的偏移誤差，實(shí)驗(yàn)室共標(biāo)定了線陣上30個探元的偏移誤差； 為像點(diǎn)在像空間坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，以 軸為飛行方向；192.3仿射變換模型20視場角視場角不超過不超過6度度中心投影中心投影平行投影平行投影2.3仿射變換模型21x,yzfH圖像平面SfO地面)(cyp)(aaypgPymZfHm/圖圖1 模型縮小模型縮小圖圖2 投影轉(zhuǎn)換投影轉(zhuǎn)換t2.3仿射變換模型2201230123costanmxaa Xa Ya ZZfmmybb Xb Yb Zfy三、高分辨率衛(wèi)星遙感影像通用成像模型n3.1 一般多項(xiàng)式模型233.2直接線性變換模型2412349101156789101111l Xl Yl

9、Zlxl Xl Yl Zl Xl Yl Zlyl Xl Yl Z2123412910115678139101111l Xl Yl Zlxl xl Xl Yl Zl Xl Yl Zlyl xyl Xl Yl Z1234910115678129101111l Xl Yl Zlxl Xl Yl Zl Xl Yl Zlyl xyl Xl Yl Z擴(kuò)展DLT自檢校DLT3.3 RFM模型n研究表明，在RPC模型中，光學(xué)投影系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差用有理多項(xiàng)式中的一次項(xiàng)來表示，地球曲率、大氣折射和鏡頭畸變等產(chǎn)生的誤差能很好的用有理多項(xiàng)式中二次項(xiàng)來模型化，其他一些未知的具有高階分量的誤差如相機(jī)震動等，用有理多項(xiàng)式中的

10、三次項(xiàng)來表示25有理函數(shù)模型的9種形式26多項(xiàng)式階數(shù)多項(xiàng)式階數(shù)分母分母有理多項(xiàng)式有理多項(xiàng)式系數(shù)個數(shù)系數(shù)個數(shù)所需的最少所需的最少控制點(diǎn)數(shù)控制點(diǎn)數(shù)3 37878393959593030404020202 23838191929291515202010101 114147 711116 68 84 424PP241PP241PP24PP241PP241PP24PP241PP241PP地形無關(guān)方案n步驟如下：n1.生成虛擬控制格網(wǎng)；n2.生成檢查點(diǎn)格網(wǎng)；n3.用控制格網(wǎng)點(diǎn)解算有理多項(xiàng)式系數(shù)；n4.利用檢查點(diǎn)進(jìn)行精度評定。27地形相關(guān)方案n求解過程與地形無關(guān)方案的過程一致，區(qū)別在于要用實(shí)測地面控制點(diǎn)取代虛擬的控制格網(wǎng)點(diǎn)。n依賴于控制點(diǎn)的數(shù)量、分布以及實(shí)際的地形起伏28有理函數(shù)模型的特點(diǎn)n良好的內(nèi)插性能良好的內(nèi)插性能n獨(dú)立于遙感傳感器獨(dú)立于遙感傳感器n獨(dú)立于坐標(biāo)參考系獨(dú)立于坐標(biāo)參考系n形式簡單；保密性好形式簡單；保密性好；無須影像預(yù)處理，無須影像預(yù)處理，便于實(shí)時處理便于實(shí)時處理n過度參數(shù)化過度參數(shù)化；更新困難更新困難2930模型類型模型類型模型名稱模型名稱理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)構(gòu)建條件構(gòu)建條件定位精度定位精度嚴(yán)格成像嚴(yán)格成像模