一种基于物方几何约束的线阵推扫式影像坐标反投影计算的快速算法

根据物点坐标计算其对应的像点坐标即坐标反投影计算,是线阵推扫式影像处理的基础.由于线阵推扫式影像多中心成像的特点,必须通过迭代计算物点在成像时刻对应的扫描行,然后再精确计算物点对应的像点坐标,因此,坐标反投影计算的效率直接影响线阵推扫式影像的处理效率.本文提出一种基于物方几何约束的线阵推扫式影像坐标反投影计算的快速算法.该算法采用了一种高效的基于物方投影几何约束的最佳扫描线搜索策略,基于线阵推扫式影像特有的摄影几何约束,将传统的基于CCD探元焦平面坐标约束的像方迭代搜索过程,转化为基于各扫描行中心投影面约束关系的物方简单几何计算的搜索过程,从而有效地避免了传统像方搜索策略中基于严密传感器数学模型的繁琐计算,有效减少了最佳扫描线搜索的计算量.通过对机载和星载推扫式影像数据的实验,验证了该算法的可行性、精确性和高效性.     

基于最佳扫描行快速搜索策略的线阵推扫式影像微分纠正算法

线阵推扫式影像的几何纠正是当前海量遥感影像数据处理的难点与性能瓶颈。基于严密几何模型对线阵影像进行微分纠正是生成各级影像产品的基础,其核心是地面点的反投影,即确定地面点对应的最佳扫描行。传统的最佳扫描行搜索算法基于像方的共线方程迭代计算,效率低,实用化程度不高。本文基于严密几何模型提出一种适用于大数据量线阵影像微分纠正的最佳扫描行快速搜索策略,利用扫描行投影面进行物方几何约束,通过判断物方点到扫描行投影面的距离定位最佳扫描行。由于线阵列CCD像元并非严格按照一条直线排列,笔者讨论了CCD线阵的分段处理以及分段投影面的确定方法。利用机载ADS40、火星快车HRSC线阵影像进行试验。结果表明,本文方法仅需少量几次物方空间解析几何迭代计算即可精确定位最佳扫描行,计算效率相比基于像方的搜索方法提高了8倍以上,线阵影像微分纠正速度提升了6倍以上。     

一种非共线TDI CCD成像数据内视场拼接方法

星载非共线TDI CCD成像数据的高质量内视场拼接是保证影像后续处理和应用的基础。本文提出了一种非共线TDI CCD成像数据内视场拼接方法,该方法基于物方投影面和相机的传感器几何模型,建立了从拼接影像像点到原始影像像点的坐标转换关系,进而采用间接法影像纠正的方式对原始影像进行重采样生成拼接影像。本文在描述非共线TDI CCD严格成像几何模型之后,详细叙述了方法的基本原理、潜在的误差来源以及方法的实现流程,并通过ZY-1 02C卫星的高分辨率（HR）相机成像数据进行了试验验证,对拼接精度的分析与评价证明了方法的可行性。     

TDI CCD交错拼接推扫相机严格几何模型构建与优化

时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)交错拼接推扫相机,是指焦平面上交错成两行排列多个TDI CCD阵列,并采用推扫成像方式的光学相机。为兼顾空间分辨率与地面覆盖宽度,当前较多的高分辨率光学遥感卫星都搭载了此类相机。本文总结了此类相机的成像原理和特点,基于成像瞬间多片CCD共享一套外方位元素的特点构建了该类相机的"整体几何模型"。针对定位过程中的外部误差和内部误差,基于整体几何模型设计了相应的内外误差补偿方案,对该类相机几何模型的优化进行了研究。以8片TDI CCD交错拼接的天绘一号(TH-1)卫星高分相机原始影像为试验数据设计了多组试验对本文方法进行验证。结果表明:本文的整体几何模型可严格描述该类相机的原始几何物像关系;仅进行外部误差补偿时,影像定位精度显著提升,但各分片CCD影像残留有不同的系统误差;仅进行内部误差补偿时,影像定位精度没有显著提升,但各分片CCD影像定位精度的一致性得到明显改善;对内部、外部误差均补偿后,影像在X、Y、Z方向的定位精度皆优于2m,且各分片CCD影像定位精度具备一致性;将计算出的内部误差补偿参数应用于成像时间间隔22d的其他多景影像时仍达到了同样的定位精度。     

一种地物关系约束下的线阵影像坐标反投影计算方法

坐标反投影计算是线阵影像基于严格模型几何校正的关键步骤。本文在分析线阵摆扫式影像的成像方式及其特点的基础上,针对传统基于像方的顺序或迭代搜索方法效率低下的问题,提出了一种利用地物关系约束的坐标反投影计算方法。首先将当前相邻点的最佳扫描行作为先验值,估算其与当前点最佳扫描行的距离,定位初始最佳扫描行;然后以初始最佳扫描行为中心构建搜索窗口,进行最佳扫描行精确搜索;最后根据最佳扫描行对应的外方位元素进行坐标反投影计算。通过对机载线阵摆扫式模拟影像数据和推扫式真实影像数据的试验,验证了该方法的可行性、准确性和高效性。     

基于神经网络模型的遥感影像几何校正研究

在遥感影像几何校正方法中,通常认为精度最高的是共线方程模型.针对共线方程模型定向参数解算过程中误差方程的病态问题,提出了利用基于控制点的神经网络方法进行高分辨率遥感影像几何校正方法,并从理论上进行了可行性分析.实验证明,在具有一定数量控制点作为训练样本的条件下,应用BP和RBF神经网络进行遥感影像几何校正,可以达到比共线方程模型更高的精度;神经网络模型能够自动抑制含较大误差控制点对模型纠正精度的影响,在实际应用中可以提高几何校正效率.     

TDI CCD相机动态成像对几何质量的影响研究

本文通过影像模拟的方法分析动态积分成像对空间TDI CCD相机成像几何质量的影响。首先对卫星固有推扫速度、像移速度与电荷转移速度失配、卫星三轴姿态运动及偏流角误差等4种动态成像因素进行了介绍,建立了4种因素的数学模型;在此基础上提出了空间TDI CCD相机成像模拟方法;最后提出统计单级静态影像和多级动态合成影像配准误差的分布特点评价与4种因素有关的内部几何质量,统计低阶多项式拟合的姿态曲线与实际姿态曲线条件下地面点像方误差的分布特点评价外部几何质量。     

推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型及定向算法研究

提出推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型的概念,在推导推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型基础上,对RPC模型用于表示推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型的可行性进行分析,并用SPOT5HRG影像以进行验证。实验表明,RPC模型能够很好地用于表示推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的高程起伏引起的变形规律,基于该模型的影像定向精度不低于推扫式光学卫星影像辐射校正产品的严密成像几何模型。     

运用分段仿射变换模型拼接分片TDICCD图像

介绍了多片非共线TDI CCD传感器,并分析了该类传感器的成像特点。用SIFT算法提取片间连接点,用分段仿射变换模型描述分片CCD图像的平移、旋转和缩放,利用大量连接点构建误差方程,求解仿射变换系数,最终实现分片TDI CCD图像的几何拼接。采用某高分辨率卫星遥感图像对提出算法进行实验验证,结果表明:分段仿射变换拼接算法总体拼接精度达到子像素级。     

一种利用单张影像进行规则物体三维重建的方法

提出了一种以单张影像为基础,基于灭点几何原理、共线条件方程及共面约束条件,进行规则物体三维重建的方法。该方法通过影像中的3条两两垂直的直线,利用灭点几何原理得到了影像的方位角元素;利用解算的角元素及共线方程得到了摄影中心坐标;最后,利用解算的影像外方位元素及共面约束条件得到规则物体的三维几何模型。     

定位定向系统数据的航空高光谱影像几何校正

针对航空高光谱数据几何畸变严重的问题,该文探索了利用POS数据辅助航空高光谱影像几何校正的研究现状,分析了基于POS系统的导航数据的线阵推扫高光谱数据解算成像瞬间外方位元素的原理,以及行方位数据支持的线中心投影影像通过改进的共线方程方法几何校正的过程,实现了无地面控制点数据的直接几何校正。采用高光谱影像分块处理方法,实现了高吞吐快速几何校正。HySpex SWIR-384高光谱影像的实验结果表明,该文的校正算法可达到9.15m的绝对定位精度,最终利用少量地面控制点进行几何精校正,其均方根误差达到0.93m。     

利用稀少控制点的线阵推扫式光学卫星在轨几何定标方法

针对线阵推扫式光学遥感卫星,提出了一种基于稀少控制点的在轨几何定标方法。本文方法利用沿CCD方向的两景重叠影像对及影像覆盖区域的稀少控制点数据即可实现内外系统误差参数的高精度解算,进而有效恢复视场内每个CCD探元的光线指向,摆脱了传统方法对昂贵的高精度地面定标场数据的依赖。本文首先在推扫式光学遥感卫星成像机理的基础上建立相应的严格几何成像模型,并对影响卫星影像几何精度的系统误差进行了分析,在此基础上采用一种基于指向角的内参数优化模型构建了适用于本方法的几何定标模型。然后,结合本方法的特点,采用一种分步解算的方法分别对外参数和内参数分别进行了标定。最后,通过一组ZY-3卫星下视相机的真实数据试验对本文方法的有效性及精度进行了对比验证。     

机载三线阵CCD摄影测量的直接解算模型与精度分析

机载三线阵CCD摄影测量系统是GPS/INS与三线阵CCD相机联合工作的测量系统.通过GPS/INS给出的投影中心位置、视准轴姿态观测值及三线阵CCD像空间坐标,可以直接计算地面点在物空间的坐标.介绍了直接解算的几何模型,并依据共线方程建立地面点像空间坐标与控制点或同名点物空间坐标的关系,从而把问题归结为间接平差,给出了平差的误差方程.最后对直接解算模型进行了精度分析.     

资源三号测绘卫星传感器校正产品生产方法研究

分析了资源三号测绘卫星影像产品的高精度要求和几何处理的关键问题,提出了基于虚拟TDI CCD阵列重成像技术的传感器校正产品生成方法。尤其针对多光谱影像4个谱段采用同一虚拟TDI CCD,解决了谱段间几何配准问题。生产了河北安平地区三线阵及多光谱传感器校正产品,进行了平差实验和立体模型定向精度分析。利用传感器校正产品进行了数字表面模型(DSM)和数字正射影像(DOM)生产实验,并进行精度验证。结果表明,资源三号测绘卫星传感器校正产品的几何精度完全满足1∶5万立体测图要求。     

高分辨率遥感影像几何纠正方法

在对某些地区的高分辨率卫星影像进行几何校正时,由于地形等因素影响难以寻找控制点,从而导致控制点较少且分布不均匀,影响了校正精度。针对这些问题,对线阵推扫式的高分辨率遥感影像的特点进行了分析,提出了利用直线这种更高级的几何特征对影像进行几何校正的方法;构建空间直线矢量,提出了基于空间直线矢量的多项式几何校正模型;并利用SPOT5高分辨率卫星影像数据对该校正模型进行精度验证。     

星载相机轨道末期成像模型及图像复原算法

通过对光学卫星轨道末期成像面临的像移失配的研究,从能量的观点出发建立了TDI CCD (时间延迟积分电荷耦合器件)推扫成像通用模型(GMPI),基于该模型提出了一种像移失配工况下的非常规遥感成像方式,引入了信号滤波器的表示方法,将GMPI模型简化成为易于计算的TDI CCD推扫成像滤波器模型（FMPI）,对轨道末期遥感图像混叠效应进行了定量分析,并给出了基于成像机理及成像参数的图像恢复处理方法。通过实际成像实验获取了像移速度失配下的图像并通过图像恢复算法进行处理,得到了比半盲式复原算法更好的图像恢复效果。     

环境减灾卫星CCD影像精纠正方法研究

针对环境减灾卫星配备的CCD传感器宽幅侧视观测特点,构建了一种在线阵传感器共线方程基础上的扩展几何模型。用多项式和分段Hermite插值拟合卫星外定向参数,用高次多项式拟合成像畸变,应用谱修正解法克服系统病态造成的不收敛问题。针对该模型对图像控制点分布的特殊要求,提出一种基于二分图匹配算法的控制点自动搜索策略。实验表明,本文模型对于环境减灾卫星CCD影像的几何纠正精度以及对求解所需条件数的要求,都优于现有的通用模型方法。     

将卫星三线阵CCD影像变换为正直影像进行立体测绘

可以展望利用卫星三线阵CCD影像自动采集的DEM、按共线方程将三线阵CCD影像变换为正直摄影像对(Normal case photography)提供用户立体测绘。文中着重讨论了正直摄影像中不在DEM表面上的目标点的位置误差,以及改进的立体测绘数学模型。利用卫星获取的前、后视CCD影像,并在其上添加由计算机生成的高层目标(约300m)的图像,验证了生成的正直影像对立体测绘的可行性,试验的高层目标点的坐标量测中误差为实验影像的0.5像元之内。     

亚m级卫星TDI CCD立体测绘相机成像仿真

以三角网和贴面纹理影像为精细地面模型的数据构成,以亚m级TDI CCD(time delay and iintegration charge coupled devices)立体测绘相机为仿真对象进行成像仿真。通过建立每个像元的"视线目标索引"判断目标对相机和太阳的可见视性,进而生成阴影。将TDI CCD焦平面细分成很多子CCD,同时将积分时间细分,计算"连续焦面辐照度影像"并实现静态MTF仿真,然后得到"时间平均静态影像"。实现了多级积分条件下的霰粒噪声仿真和TDI CCD多级动态积分成像的仿真。推导了相机安装角和光学节点从平台坐标系到物方坐标系的转换公式,结合姿态参数和CCD畸变参数,实现了任意侧摆角度和相机安装角度的成像仿真。     

顾及扫描侧视角变化的高分辨率卫星遥感影像严格几何模型

根据遥感卫星传感器对地扫描成像过程中CCD线阵列侧视角匀速变化的机理,从理论上改进基于仿射变换的高分辨率卫星遥感影像严格几何处理模型,推导地物与影像间的正反算公式.经时-SPOT-5异轨立体像对的试验表明,利用改进的几何模型和视CCD线阵列侧视角为常数的仿射变换模型对立体影像进行几何处理,前者较后者的像点χ坐标精度有一定的改善,物点的高程精度有所提高,平面精度两者基本一致.这说明成像过程中CCD线阵列侧视角的变化在高分辨率卫星遥感影像严格几何处理模型中是不可忽略的因素.