GF-4卫星影像几何定位精度分析

几何定位精度是衡量卫星影像几何质量的一个重要参数。针对高分四号(GF-4)卫星静止轨道面阵成像特点,以Google Earth为参考基准,对在轨测试前后GF-4卫星多光谱相机影像几何定位精度进行评价。重点分析了影像几何定位精度与太阳方位角/高度角和卫星方位角/天顶角/姿态角之间的关系,同时探讨了卫星姿态角/成像时间对相机姿态角误差补偿参数的影响。研究结果可为进一步优化该类型卫星影像成像模型,实现高精度几何定位提供参考依据。     

GF-4卫星影像几何定位仿真分析

针对GF-4卫星静止轨道、高时间分辨率、面阵成像的特点,本文通过构建严格成像模型,实现了GF-4卫星影像几何定位仿真模拟。在对初始仿真定位结果进行分析后,建立了几何外检校模型,利用在轨真实成像影像和SRTM DEM对严格成像模型进行外检校处理,同时探讨了仿真控制点分布对相机姿态角常差检校的影响。试验结果表明,经过外检校处理后,构建的仿真模型能够有效模拟GF-4卫星在轨真实影像几何定位误差。     

GF-4卫星影像几何定位仿真分析

针对GF-4卫星静止轨道、高时间分辨率、面阵成像的特点,本文通过构建严格成像模型,实现了GF-4卫星影像几何定位仿真模拟。在对初始仿真定位结果进行分析后,建立了几何外检校模型,利用在轨真实成像影像和SRTM DEM对严格成像模型进行外检校处理,同时探讨了仿真控制点分布对相机姿态角常差检校的影响。试验结果表明,经过外检校处理后,构建的仿真模型能够有效模拟GF-4卫星在轨真实影像几何定位误差。     

GF-1卫星WFV影像几何定位稳定性研究

针对GF-1卫星WFV传感器高分辨率与大视场相结合的特点,本文将ZY-3卫星传感器校正产品作为参考,通过分析同名点对的地理信息,对北京地区WFV传感器4台相机影像相对几何定位精度进行长时间序列评价,分析其误差特征。试验结果表明,单景影像均出现了明显的系统几何定位误差,但是不同时相影像的几何定位误差方向并无明显规律。针对该现象本文基于相机成像原理,从理论上证明了仅利用某一时相影像的有理函数模型补偿参数是无法有效消除其他不同时相影像系统误差的。     

高分一号卫星WFV影像全国陆地镶嵌与制图技术研究

高分一号(GF-1)卫星是我国高空间分辨率对地观测系统重大专项中的首颗卫星,目前已正常运行4 a多,为全国中、高空间分辨率影像镶嵌提供了丰富的数据源。针对GF-1多光谱宽幅覆盖(wide field of view,WFV)影像特点,制定了影像处理的技术流程,主要包括数据选取、几何纠正、匀色镶嵌和制图4项关键技术,重点解决大幅宽影像高精度几何定位问题;在选取高质量数据基础上,自动采集控制点,控制点均方根误差(root mean square error,RMSE)不大于1个像元,平均每景影像中控制点数量为54个;应用有理函数模型(rational function model,RFM)对影像进行正射纠正,然后进行色调调整和镶嵌处理,制作全国1∶500万比例尺陆地卫星影像专题地图。镶嵌结果具有空间精度高、地物色彩丰富和时效性强等特点。所采用的技术流程和方法可为高分系列卫星全国镶嵌制图提供参考,同时也将促进国产高分卫星在全国重大资源环境调查中的应用推广。     

顾及多相机拼接成像特征的高分一号卫星影像自适应匹配方法

卫星影像高精度匹配一直是备受关注的热点问题。以高分一号(GF-1)卫星PMS传感器双相机全色影像为研究对象,通过对其同名点间的几何偏移特性进行长时间序列统计分析后,提出了一种顾及多相机拼接成像特征的GF-1卫星影像自适应匹配方法。该方法是在传统影像匹配过程中加入自适应算法,利用迭代计算实现对目标搜索窗口、范围和方向的自适应选择。研究结果表明,该方法能够实现GF-1卫星同轨全色影像间的高精度自适应匹配,可以为其他类似卫星传感器影像匹配提供参考依据。     

视频卫星下视推扫动态信息普查模式研究

视频卫星能够对地获取高时间分辨率序列面阵影像.卫星视频记录相机、地表静止物体、运动物体间的相对运动关系.目前视频卫星以凝视成像为主要应用模式,现提出了视频卫星垂直下视面阵推扫成像模式实现广域地表动态信息普查能力.通过时间序列影像成像原理,推导出视频卫星垂直下视推扫成像的投影关系,从视频卫星几何分辨率、地物连续成像能力、慢速动态特征成像能力等方面分析视频卫星的动态信息普查能力.垂直下视面阵推扫成像模式是视频凝视成像模式的补充,扩展了视频卫星的用途,为凝视区域提供位置预判.     

GF-4序列图像的云自动检测

以高分四号(GF-4)卫星L1级标准分幅数据产品提供高精度的云检测产品为目的,研究针对地球同步轨道卫星数据的云检测算法,改进自动阈值以适应同日不同时刻成像数据的辐射亮度与地表反射特性的变化差异。利用GF-4卫星凝视成像方式获取的同区域序列图像以及云在不同图像上的运动特性,结合自动阈值与SavitzkyGolay(SG)滤波修正检测结果中的误检。算法的两个关键预处理,一是通过自动的几何配准解决未经几何校正的分幅数据之间像素位置对应的问题,二是通过基于典型相关变换自动提取序列图像之间的伪不变特征点集,进而利用相对辐射归一减小了不同时刻成像数据之间的辐射差异。通过内蒙古自治区东部及长江中下游区域70余组数据对算法进行验证,整体上获得了稳定的结果与精度,并且基于序列图像的云检测算法在云边界、高亮地表及薄云区域的检测精度整体优于单幅自动阈值的检测结果。结果表明算法精度上满足GF-4云检测数据产品需求,且算法自动化程度高,便于工程化的数据生产。     

基于北斗和GPS的高分二号全色影像正射精度验证与分析

高分二号(GF-2)卫星几何精纠正是其广泛应用的前提。以福州市作为实验区,选择北斗卫星导航系统(北斗)和GPS野外测量获取控制点和检查点,采用像方平移、像方漂移和像方仿射变换3种方法对有理函数模型进行误差补偿,验证分析控制点测量精度、分布、数目以及纠正方法对GF-2全色影像纠正的影响,并分析了北斗应用于GF-2全色影像正射纠正的潜力。实验结果表明:少量分布均匀的控制点就可以消除GF-2全色影像纠正后的系统几何误差;3种纠正方法中像方仿射变换方法精度最高,其中GPS控制测量下检查点平面均方根误差为1.49 m,北斗RTK控制测量下检查点平面均方根误差为1.51 m,GPS与北斗RTK控制测量下的影像纠正精度接近;北斗2种测量模式中,只有RTK模式能够满足GF-2全色影像纠正需求。上述研究表明,GF-2全色影像能够利用GPS和北斗RTK模式控制测量下的少量分布均匀高精度控制点达到较高纠正精度,满足实际应用需求。     

国产推扫式测图卫星影像几何精度评估模型

系统全面地分析并论证了国产推扫式测图卫星影像的几何精度,对卫星测图应用以及后续测绘卫星设计等都具有积极意义。从测图卫星几何成像机理出发,较为系统地分析了卫星成像过程中的轨道误差、姿态误差、时间误差、相机内部误差和星载设备安装误差等对卫星影像平面和高程几何定位误差的影响状况,定量分析并推导了各类误差源对影像几何精度的影响程度,设计并提出了国产推扫式测图卫星影像几何精度评估模型和方法。采用资源三号卫星立体影像开展实验,结果表明,所提出的影像几何精度评估模型获取的理论精度与实验精度符合度较好,模型具有合理性和科学性。     

总体最小二乘平差下的基准影像辅助国产卫星影像定位

针对国产卫星影像可能缺少实测控制数据的情况,本文提出利用基准影像辅助几何定位的方法,以提高定位精度。同时,考虑到像点坐标观测方程的系数矩阵中存在随机误差的情况,本文在进行区域网平差时采用总体最小二乘法替代传统最小二乘法,使得定位结果更加合理。通过对"资源三号"和"天绘一号"影像在国内外的试验验证了该方法的可行性与有效性。     

Extraction of Three-Dimensional Architectural Data from QuickBird Images

Extraction of accurate spatial information from high-resolution satellite imagery is becoming increasingly important for a variety of tasks. In this study, three-dimensional architectural data were extracted from QuickBird images using Barista’s monoplotting function. We evaluated the accuracy of the Rational Polynomial Coefficients bundle adjustment and extracted building heights. We obtained accuracies of one-pixel in geo-positioning and 2.66 m in building height. The height accuracy is 0.16 m greater than the estimated error for a one-pixel image measurement. The presence of roof overhangs is one primary factors affecting height accuracy. The application of three-dimensional architectural data represents well the vertical extension of urban growth in Tiexi District from 2002 to 2008.     

多特征流形鉴别嵌入的高分辨率遥感影像分类

针对高分辨遥感影像同谱异物、同物异谱导致单一特征分类结果精度较差的问题,本文提出了多特征流形鉴别嵌入的高分辨率遥感影像分类方法。该方法首先提取高分辨率影像数据的光谱特征与LBP纹理特征;然后通过样本数据的联合光谱、纹理特征的空间距离及对应的类别信息,构建影像对象的类间图与类内图,用于学习高分辨率影像上的鉴别流形结构,保证在嵌入空间上尽可能不同地物特征分离、相同地物特征紧聚,确保相同地物光谱、纹理特征的相似性,完成光谱、纹理鉴别特征的有效提取,以充分挖掘影像特征,有效提高影像的分类精度。在GF-2遥感数据集上进行试验,结果表明本文算法可实现多特征的有效融合,分类精度均优于传统方法,可达93.41%。     

高分六号宽幅多光谱数据人工林类型分类

高分六号(GF-6)卫星于2018年成功发射,2019-03正式投入使用。由于GF-6宽幅相机的WFV(Wide Field of View)影像较GF-1的同类影像新增2个红边波段,将会提高对农业、林业、草原等资源监测能力。为了分析GF-6的WFV影像在人工林分类方面的能力,促进高分数据在林业领域的应用,本文选取广西高峰林场为研究区,以最新的GF-6 WFV影像为数据源,结合地面实测类型数据,进行广西南宁高峰林场的桉树,杉木等人工林类型提取。主要运用随机森林(random forests)的分层分类法:首先计算6种植被指数,并利用随机森林法进行植被指数的特征优选,然后确定4种波段组合数据集的分类方案,4种数据集分别为(1)无红边的前4个波段,(2)有红边的8个波段,(3) 8个波段加上未优化的植被指数特征组合,(4) 8个波段加上优化的植被指数特征组合。再进行WFV影像4种数据集的随机森林分类,随机森林采用分类回归树(CART)算法来生成分类树,结合了bagging和随机选择特征变量的优点,是一种有效的分类方法。最后比较4个方案的分类结果并进行精度验证。结果表明:方案2比方案1精度提高了4.99%,Kappa系数提高了0.058。说明包含红边的8波段数据比4个波段数据精度有大幅提升。方案4的8波段加上优化植被指数特征组合的分类精度最高,达到了85.38%,比方案2包含红边波段组和方案1无红边波段组的精度分别提高了3.98%,8.97%,Kappa系数分别提高了0.046,0.104。说明WFV影像加入红边波段比无红边波段精度明显增高。由结果可知,红边指数的引入,增强了植被信息,能够较准确地反映人工林类型特征差异,明显提升了人工林的分类精度。本研究方法可以有效改善广西人工林类型信息提取效果,为GF-6影像质量的评价及其在林业应用潜力提供科学参考依据。     

多源高分辨率卫星影像监测黑臭水体的适用性研究

高分辨率卫星的幅宽一般很小,受云雨和轨道回访周期影响,单颗卫星的短时段内覆盖能力有限,因此,单一高分辨率卫星常常无法满足一定时段内的黑臭水体监测需求,需要多源卫星协同监测黑臭水体。为了分析多源高分辨率影像对黑臭水体遥感监测的适用性,本文基于地物光谱仪实测的水体遥感反射率数据,以GeoEye-1、WorldView-2、北京二号(DMC3)、高景一号SV1(SuperView-1)以及GF-PMS系列(GF-1/1B/1C/1D、GF-2、GF-6)传感器波段进行等效计算,结果表明:(1)采用反射率比值模型——BOI(Black and Odorous water Index)模型,GeoEye-1、WorldView-2、SuperView-1和GF-1/1B/1C/1D/2/6影像识别黑臭水体正确率均较高,分别为89.5%、89.5%、92.1%和92.1%。(2)BOI模型不适用于DMC3,这里采用了归一化水体指数NDWI≤0.55判别黑臭水体,识别正确率为89.5%。(3)BOI模型应用于仅有的2景同步卫星影像——GF-2影像,经实测数据验证,识别精度为83.3%,精度较高。针对通州区内的某重叠区,2016年—2021年10颗多源卫星影像协同观测的结果一致性较好,表明了多源遥感影像监测黑臭水体的适用性较好。综合考虑卫星影像空间分辨率和采购成本,给出了合理的协同观测建议。     

面向对象的库区高分一号影像土地利用信息提取

高分一号（GF-1）是我国自主研发的第一颗高分辨率遥感卫星,其包含地物信息较为丰富,已应用于土地利用信息提取,但在水利工程库区土地利用调查方面研究较少。本文以峡江水利枢纽工程库区为例,首先对库区影像进行了基于RPC模型的正射校正、几何精纠正等预处理;然后针对GF-1的传感器响应特性,采用基于多元线性波段拟合的方法对多光谱与全色影像进行融合,该方法相对于传统分量替换法具有更好的融合性能;最后综合利用影像的光谱、纹理及形状等特征,采用面向对象的方法对融合后的库区影像进行了地类信息提取与分类精度评价。试验结果表明,融合影像可以有效提取水利工程库区的土地利用信息,总体分类精度达到87.9%,Kappa系数为0.836,能够满足库区土地利用调查和变化监测的要求。     

基于高分七号卫星影像的空三加密优化方案探索

通过不同控制条件下的加密实验和影像拼痕处理前后的加密精度对比,检测了高分七号立体卫星影像的内符合精度,提出空三加密控制点布设优化方案,并探索了影像拼痕的解决方法,为高分七号卫星影像在地理信息资源建设中的推广应用提供参考。