应用偏最小二乘法的卫星图像在轨几何检校方法

高精度几何模型的建立及其参数的解算,是卫星图像在轨几何检校的核心工作。文章提出了一种应用偏最小二乘法的多参数误差方程整体解算方法,以解决基于误差几何模型的参数整体检校模型参数众多、参数间存在强相关性、参数估计复共线性等问题。以我国资源三号(ZY-3)卫星正视相机为例,对提出的方法进行验证。结果表明:文章提出的是一种精确、可靠的卫星图像在轨几何检校方法;在仅做一次几何检校时,ZY-3卫星正视相机相同数据平面定位精度优于3.10m,1年以后的平面定位精度优于15.00m。此方法可广泛应用于高分辨率光学卫星图像的在轨几何检校。     

有理函数模型在光学卫星影像几何纠正中的应用

分析了中国光学卫星影像的严密成像几何模型,并采用有理函数模型(RFM)拟合严密成像几何模型,分别对"资源二号"两景影像(平原与山区)和"遥感二号"一景影像进行了几何纠正试验。试验中,参考相应地区1∶10 000数字正射影像(DOM)选取一定数量的控制点用于精化有理函数模型参数,结合相应地区1∶10 000数字高程模型(DEM)对影像进行正射纠正,纠正精度反映了RFM拟合严密成像几何模型的正确性,但同时也反应了中国光学卫星与法国、美国光学卫星在内检校工作上的差距。     

基于数字检校场的“天绘一号”卫星在轨几何定标

为了提高"天绘一号"卫星在轨几何定标的效率和精度,文章提出一种利用数字检校场(数字正射影像和数字高程模型)、基于简化的卫星几何定位模型的在轨几何定标方法。该方法利用卫星影像与数字正射影像自动匹配得到同名点的平面位置、由数字高程模型获得高程位置,得到大量地面控制点,再基于简化内外方位元素误差补偿模型,利用多轨数据求解系统误差改正参数,实现了几何定标。精度检测表明,经过定标后,无控定位平面误差由初始约100m,提升至10.5m(一倍中误差);基于内方位定标结果,文章实现了基于虚拟线阵算法的高分影像子条带合成和多光谱配准,并实现了优于0.3像素的内部符合精度。     

“高分四号”卫星影像辐射与几何精度评价

"高分四号"(GF-4)卫星是中国首颗高分辨率静止轨道面阵凝视光学遥感卫星,载荷首次采用面阵CMOS探测器在36 000km高轨成像、基于面阵成像构建在轨相对辐射校正模型、面阵相机光学畸变在轨检校。文章首先分析了影响GF-4卫星影像辐射质量(quality,以下同)与几何精度的关键因素,然后介绍了高轨面阵成像处理模型的构建技术,最后分析评价了GF-4卫星影像的辐射质量、几何质量和处理精度。结果表明:GF-4号卫星全色多光谱影像的平均行标准差、平均标准差和广义噪声等相对辐射精度指标均优于3%,典型地物信噪比平均优于40d B。影像内部畸变在垂轨和沿轨方向均优于0.8个像素。     

一种上下视差最小的线阵影像核线确定方法

建立核线约束是保证立体影像匹配准确性和可靠性的重要条件。由于线阵影像的多中心投影性质,难以对其建立严格的核线模型。文章在假定线阵影像局部范围内核线为直线前提下,提出一种基于RFM模型的同名核线求取方法。首先通过RFM生成的立体影像同名点直线拟合度测试获取核线倾角初值,再以抛物线拟合法精确求出核线倾角,从而得到具有最小上下视差的核线方程。根据ZY-3、Pleiades、SPOT-5、QuickBird等卫星线阵立体影像的试验结果得出:该方法所求核线对在5 000像元×5 000像元范围内上下视差中误差最大不超过0.6像元,核线精度明显优于投影轨迹法结果。不同影像核线倾角变化呈现不同规律:ZY-3卫星的影像核线几近平行,而SPOT-5和QuickBird卫星的影像核线倾角变化率较大。该结论将为构建线阵影像的核线平差模型提供参考。     

“资源三号”卫星三线阵相机辐射质量评价

为了推动＂资源三号＂（ZY-3）卫星影像数据早日为相关领域提供服务,文章采用主观评价和客观评价相结合的方法,对资ZY-3卫星三线阵图像的辐射特性进行了全面评价。分析结果表明,ZY-3卫星三线阵相机图像清晰,信噪比高,能够有效反映不同地物的细节特征,在量化深度和细节表现等方面具有优势。     

定向片模型描述的“天绘一号”卫星影像区域网平差

针对三线阵相机的成像特点,文章利用卫星辅助数据建立了"天绘一号"卫星三线阵影像的严密成像模型,在常规定向片模型描述外方位元素变化特征的基础上,考虑定向片间的连续平滑制约条件,并将其引入摄影测量光束法平差中,从而构建"天绘一号"卫星三线阵影像光束法平差模型,最后利用真实影像数据进行实验验证。结果表明,在一定数量地面控制点参与条件下,合适的定向片数目选取并顾及定向片间的连续平滑制约条件,检查点能够达到平面方向约为1.5个像元、高程方向优于1个像元的定位精度,验证了该文所建模型的正确性和有效性。     

物方反投影下的星载多光谱相机内视场虚拟线阵拼接

针对遥感卫星多光谱相机非共线TDICCD成像方式,文章提出了一种基于虚拟线阵CCD的相机内视场拼接方法。参考严格几何模型建立虚拟影像像点与地面点间的对应关系,校正相机内方位畸变,根据物方几何约束的地面点反投影算法,建立虚拟影像像点与原始影像像点的坐标关系模型,实现逐像素灰度赋值。最后,以两景"资源三号"卫星多光谱原始影像作为试验数据,验证所提算法的可靠性,试验结果表明:该拼接方法效果好、精度高,具有较好的应用前景。     

基于几何定位一致性的星载多光谱影像配准精度分析

多光谱影像波段配准是高分辨率光学遥感卫星多光谱相机数据预处理的关键环节,其配准精度直接影响影像产品的融合、解译等应用。文章首先从理论上深入分析了影响基于几何定位一致性多波段配准方法精度的因素,然后利用"资源三号"(ZY-3)卫星多光谱相机影像数据,并结合像方配准方法进行了对比实验验证。实验结果表明,当平台无震颤或存在微小震颤时,基于几何定位一致性多波段配准方法精度优于0.2像元,能满足高分辨率遥感卫星多光谱影像高精度配准需求。     

基于严格成像模型的卫星姿态角系统误差补偿

为消除卫星在轨运动过程中俯仰、偏航、滚动对遥感影像地面定位的影响,建立了卫星姿态角系统误差补偿模型,即在严格成像模型的基础上,对姿态角进行直接调整,以减小定位误差。利用环境减灾-1B（HJ-1B）卫星CCD1相机遥感影像进行分析,在单景影像的定位中,借助于2个地面控制点,将其系统误差减小到原来的1/3,从而验证了模型的有效性,为进一步在轨检校相机内部静态参数提供了前提。     

“资源三号”卫星在轨几何定标及精度评估

＂资源三号＂卫星是中国第一颗民用三线阵立体测图卫星,实现了中国民用高分辨率测绘卫星领域零的突破,对中国测绘事业的发展具有革命性意义,是中国卫星测绘发展史上一座新的里程碑。在轨几何定标是测绘卫星应用的一个重要环节,文章利用武汉大学在河南嵩山地区建设的几何定标场等基础设施实现了＂资源三号＂卫星的在轨几何定标,并对定标结果进行了试验验证。试验结果表明：基于高精度几何定标场几何定标后,＂资源三号＂卫星可以获得很好的无地面控制精度以及少量控制下的平面和高程精度,完全可以满足1︰50 000测图精度要求。     

“资源三号”高分辨率立体测绘卫星三线阵相机设计与验证

2012年1月9日,中国第一颗民用高分辨率立体测绘卫星——"资源三号"卫星在太原卫星发射中心成功发射,星上装载的三线阵相机可以获取2.1m地面像元分辨率(正视相机)和3.5m地面像元分辨率(前/后视相机)全色影像。文章介绍了三线阵相机的组成及工作原理、关键技术及实现情况、在轨运行和测试情况,给出了在轨测试的初步结果。在轨运行情况表明:相机设计合理,成像品质优异,各项指标满足1∶50 000制图应用的要求,实现了内方位元素的高精度稳定,对卫星定位精度达到国际先进水平发挥了关键作用。     

“资源三号”卫星正视影像区域网平差

目前卫星影像的区域网平差技术已经有了初步的发展,但大多数研究都基于国际高分辨率卫星影像,针对大区域范围内的中国卫星影像的快速平差还鲜有提及。文章以“资源三号”卫星正视影像为数据源,配合高分辨率的控制点影像和数字高程模型（DEM）数据,基于RPC（rational polynomial coefficients）模型参数精确解算和一种新的控制点选取策略对大区域范围内仅使用少量控制点的区域网平差进行了研究与试验。在试验过程中,文章采用地形坡度统计的方法来快速获取多景影像中控制点的优先选取区域,缩小控制点选取范围。除此之外,文章还通过添加选取相对较为容易的连接点替代部分控制点来保证影像平差精度。结果表明：采用文中方法能大量减少控制点选取难度并有效提高中国遥感影像的几何定位精度,真正实现数字正射影像（DOM）产品的快速生产。     

二次多项式拟合外方位元素卫星三线阵C CD影像平差

文章针对一景大小的卫星三线阵CCD影像,采用二次多项式拟合外方位元素模型,与国外的定向片法模型进行平差算法对比.对一景大小的模拟数据进行了试验,结果表明基于二次多项式拟合外方位元素模型的平差方法有效的提高了影像的平面精度与高程精度,与定向片法模型相比,该算法简单,结果同样满足1∶5万摄影测量的要求.     

星载激光高度计几何定位误差传播分析

星载激光高度计能够获取高精度的地面高程信息,可作为卫星光学遥感影像三维测图的补充。星载激光高度计的高程测量精度很高,但是平面精度较低。为了能够更有效的利用星载激光测高数据,需要研究星载激光高度计几何定位的误差源及其对定位精度的影响。文章从星载激光高度计几何定位模型出发,推导了星载激光高度计定位误差传播模型,得到影响星载激光高度计测高数据定位精度的主要误差源,并分析了各误差源对定位精度的影响,可以为星载激光高度计的设计和应用提供一定参考。     

三线阵相机在轨温度场分析

文章依据"资源三号"卫星三线阵相机在轨工作环境特点,简要分析了三线阵相机热控设计的难点,给出了相应的解决措施,分析并总结了相机的在轨温度场,以相机在轨温度数据验证相机热控设计的正确性。结果表明,相机在轨温度稳定,所有温度均能满足指标要求,证明相机热控设计合理正确。     

基于传感器几何特性和图像特征的影像配准方法

“天绘一号”卫星是我国第一代传输型立体测绘卫星,搭载有三线阵CCD相机、多光谱相机和2m分辨率全色相机。多光谱相机波段间影像的配准是保证多光谱影像质量和有效应用的前提,在现有配准方法的基础上,文章提出了基于传感器几何特性和图像特征的配准方法来改善影像配准效果。这种方法首先基于相机几何特性对待配准图像进行调整,然后对图像进行局部多点取图,采用尺度不变特征变换（Scale Invariant Feature Transform,SIFT）法提取图像特征并进行初步匹配,利用匹配点领域灰度相关性来进行精匹配和误匹配点的剔除,最后获得图像位移差,进而完成图像配准。实验结果表明,这种方法能够提高多光谱波段间影像的配准成功率,准确率达到95％以上,大幅改善了匹配精度。     

卫星线阵立体影像的倾斜仿射变换核线模型

核线约束是构建摄影测量立体模型的重要条件。由于卫星线阵影像的多中心投影特性，难以建立其严格的核线模型。文章从上下视差最小的同名核线特征出发，在仿射变换模型基础上引入核线倾角变化参数，提出一种新的倾斜仿射变换核线模型。通过“无误差”的虚拟同名点仿真试验表明，文章提出的模型受影像范围及地表高差影响较小，在影像区块6 000像元×6 000像元、地表高差1 000m情况下，对于不同形式卫星立体影像的模型误差均小于1个像元。进一步使用实际匹配同名点平差，实验表明：对于SPOT-5、“资源三号”和“高分七号”等卫星影像，文章模型误差相对于匹配观测误差可忽略，实际核线精度在整景影像范围内优于0.8像元，所生成核线影像能够满足后续密集匹配要求。新模型的精确性和普适性相比现有同类模型显著提升，可实际应用于卫星摄影测量处理。     

提高星载合成孔径雷达图像几何校正精度的算法

依据合成孔径雷达 (SAR)距离方程和多普勒方程 ,用 SAR成像参数可实现 SAR图像的几何校正。星载 SAR平台存在定位误差 ,特别是在轨迹向和垂直轨迹向 ,将影响几何校正的精度 ,主要是降低图像的几何逼真度及增大目标定位误差。文中提出了采用有限数量的地面控制点抑制卫星在轨迹向和垂直轨迹向的定位偏差 ,从而有效地提高了 SAR图像的几何校正精度