高分衛(wèi)星成像模型概要課件

1、高分辨率衛(wèi)星遙感圖像的成像模型李勁澎內(nèi)容一、典型高分辨率遙感衛(wèi)星二、高分辨率衛(wèi)星遙感圖像嚴(yán)格成像模型三、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)星名稱所屬國(guó)家發(fā)射時(shí)間地面分辨率IKONOS美國(guó)1999年9月24日1mQuickBird美國(guó)2001年10月18日0.61mSPOT-5法國(guó)2002年5月4日2.5mCBERS-02B中國(guó)與巴西2007年9月19日2.36m資源三號(hào)中國(guó)2012年1月9日2.1m一、典型高分辨率遙感衛(wèi)星SPOT-5 HRS數(shù)據(jù)SPOT-5衛(wèi)星：2002年5月4日發(fā)射，軌道高度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(gè)全色波段

2、的線陣CCD傳感器。傳感器HRS焦距/mm580像元尺寸/ 12000 6.5視場(chǎng)角/地面分辨率/m5（沿軌）10（垂軌）前視、后視與下視夾角/4一、典型高分辨率遙感衛(wèi)星資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源三號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)第一顆民用三線陣立體測(cè)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(tái)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(cè)繪相機(jī)和分辨率為5.8m的多光譜相機(jī)。傳感器三線陣CCD相機(jī)光譜范圍/ 0.50.8地面分辨率/m下視2.1前后視3.5焦距/mm1700量化比特?cái)?shù)/bit10視場(chǎng)角/6像元尺寸/ 下視24576(8192

3、3) 7前后視16384(4096 4) 10前視、后視與下視夾角/5一、典型高分辨率遙感衛(wèi)星天繪一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)天繪一號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)第一顆傳輸型立體測(cè)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(gè)小面陣混合配置的LMCCD相機(jī)以及4個(gè)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(shí)刻的不同而變

4、化，求解每一時(shí)刻的外方位元素不太現(xiàn)實(shí)，需要對(duì)成像時(shí)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(shí)可以減少未知數(shù)的個(gè)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(dòng)方向01Z1X1Y1CCD 陣列影像獲取系統(tǒng)column 象素觀測(cè)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(dòng)方向O2Z2X2Y2象素觀測(cè)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11地面點(diǎn)衛(wèi)星地心2.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程一般多項(xiàng)式模型1

5、22.2光學(xué)衛(wèi)星影像的共線方程定向片內(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(gè)定向片 、 、 和 的外方位元素內(nèi)插得到，即：定向片內(nèi)插模型示意圖132.2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(shí)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

6、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(hào)衛(wèi)星三線陣CCD影像嚴(yán)格成像模型掃描行成像時(shí)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(hào)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(dòng)矩陣。資源三號(hào)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(hào)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(duì)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；

7、 為前視相機(jī)、后視相機(jī)相對(duì)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(gè)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(chǎng)角不超過6度中心投影平行投影2.3仿射變換模型21x,yzfH圖像平面SfO地面圖1 模型縮小圖2 投影轉(zhuǎn)換2.3仿射變換模型22三、高分辨率衛(wèi)星遙感影像通用成像模型3.1 一般多項(xiàng)式模型233.2直接線性變換模型24擴(kuò)展DLT自檢校DLT3.3 RFM模型研究表明，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

8、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(dòng)等，用有理多項(xiàng)式中的三次項(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)分母有理多項(xiàng)式系數(shù)個(gè)數(shù)所需的最少控制點(diǎn)數(shù)37839593040202381929152010114711684地形無關(guān)方案步驟如下：1.生成虛擬控制格網(wǎng)；2.生成檢查點(diǎn)格網(wǎng)；3.用控制格網(wǎng)點(diǎn)解算有理多項(xiàng)式系數(shù)；4.利用檢查點(diǎn)進(jìn)行精度評(píng)定。27地形相關(guān)方案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(cè)地面控制點(diǎn)取代虛擬的控制格網(wǎng)點(diǎn)。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)良好的內(nèi)插性能獨(dú)立于遙感傳感器獨(dú)立于坐標(biāo)參考系形式簡(jiǎn)單；保密性好；無須影像預(yù)處理，便于實(shí)時(shí)處理過度參數(shù)化；更新困難2930模型類型模型名稱理論基礎(chǔ)構(gòu)建條件定位精度嚴(yán)格成