專利名稱：通用的多源遙感影像幾何校正模型聯(lián)合平差方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明建立了一種通用的多源遙感影像成像模型的區(qū)域網(wǎng)平差，該方法可以對不 同的成像模型進行聯(lián)合平差。在多源遙感數(shù)據(jù)的區(qū)域網(wǎng)平差過程中，可以針對各數(shù)據(jù)源的 特點選擇最合適的成像模型，充分發(fā)揮各種模型在嚴密性、定位準確性、保密性等方面的特
點O
背景技術(shù)：
衛(wèi)星遙感影像的成像幾何模型是描述地面點三維空間坐標與相應(yīng)像點在像平面 坐標系的二維坐標之間的映射關(guān)系的數(shù)學模型，它是進行影像幾何校正和目標定位的基 礎(chǔ)。隨著航天技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，對于衛(wèi)星遙感影像，已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的成像模 型，它們在嚴密性、復雜性及定位準確性方面都有著各自的特點。目前最常用的幾何模型 有嚴格成像模型、多項式模型、仿射變換模型和有理函數(shù)模型等，對于不同的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù) 源，嚴格成像模型又具有各自不同的表達形式。對于各種成像模型，現(xiàn)在已有相應(yīng)的區(qū)域網(wǎng)平差方法，但這些方法或者是針對具 體的成像幾何模型進行的，或者是基于有理函數(shù)模型進行的。針對具體成像模型的區(qū)域網(wǎng) 平差方法缺乏通用性，不能用于多源遙感影像的聯(lián)合平差；基于有理函數(shù)模型進行的區(qū)域 網(wǎng)平差方法利用了有理函數(shù)模型的通用性，可以用于多源遙感影像的聯(lián)合平差，但是對于 一些嚴格成像模型已知的數(shù)據(jù)源(如Landsat系列、Spot系列等)，有理函數(shù)模型并不是最 佳的成像模型，這種聯(lián)合平差的方法就不能發(fā)揮不同成像幾何模型的優(yōu)勢。本文將針對遙 感影像成像幾何模型建立一種統(tǒng)一的區(qū)域網(wǎng)平差方法，實現(xiàn)不同成像模型的聯(lián)合平差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將不同的遙感影像成像幾何模型描述為通用的正算模型，建立了一種統(tǒng)一 的區(qū)域網(wǎng)平差方法，實現(xiàn)了不同成像模型的聯(lián)合平差。按照地面點三維空間坐標與相應(yīng)像點二維平面坐標之間的映射順序，衛(wèi)星遙感影 像的成像幾何模型可以分為兩類反算模型和正算模型。正算模型表示為\ γ γ 7、(1_1)其中，(X，Y，Z)表示控制點的地面坐標，(X，y)表示控制點在影像上的量測坐標， t= (ti; t2, "· η)τ表示傳感器幾何校正模型的參數(shù)。不同衛(wèi)星的嚴格成像模型、仿射變換模型、多項式模型和有理函數(shù)模型等均可表 示成通用的正算模型，因此可以將多種成像模型聯(lián)合起來進行區(qū)域網(wǎng)平差。模型線性化后， 每個控制點的誤差方程為
偏導，如
dt = ((It1, dt2，…，dtn)T，ds = (dX，dY，dZ)T，V = (vx，vy)T，L = (1χ，ly)τ。 這里沒有求解函數(shù)偏導的具體解析形式，而是采用數(shù)值計算的方法來逼近各函數(shù)
現(xiàn)有m景影像(可以為多源數(shù)據(jù))，η個控制點，其中η。個已知控制點，nu個未知
控制點(即連接點)，所有控制點所對應(yīng)的像平面點個數(shù)為η' 個數(shù)為Pp
，設(shè)第1景影像的模型參數(shù)
單個控制點的線性化誤差方程可以表示為
Vi = AidtJBiClsi-Li
其中，

1)若第i個像平面點在第j景影像上，對應(yīng)于第k個未知控制點，則

若第i個像平面點在第j景影像上，對應(yīng)于--個已知控制點，則

聯(lián)立所有控制點的誤差方程，多模型的區(qū)域網(wǎng)平差方程可以記為
V = Adt+Bds-L(1-6)
其中，

A為2 '><￡凡.的矩陣，B為2n' X3nu的矩陣。
/=1多模型區(qū)域網(wǎng)平差方程(1-6)的解算首先采用改化法方程的方法，消去多模型 的區(qū)域網(wǎng)平差方程中所有連接點的地面坐標未知數(shù)，僅保留各傳感器幾何模型的未知參 數(shù)，然后利用改進的LM(LeVenberg-Marquardt)算法求解出各未知參數(shù)。在傳統(tǒng)的LM算法中，第k次迭代計算的未知數(shù)改變量ΔΧ為
(1-7)式中I是單位矩陣，J(k)是系數(shù)矩陣的Jacobian矩陣，μ (k) > 0為阻尼系數(shù)。對LM算法的改進如下 設(shè)Q = J1^Jm的對角線元素組成向量,
阻尼矩陣為D = Jkg /Z1,約
(1-8)


圖1是使用本發(fā)明方法的具體實例處理過程示意圖。具體實施過程下文結(jié)合說明書附圖1，以Landsat-5和CBERS衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)為例，對本發(fā)明 的具體實施方式
作詳細說明。其中Landsat-5數(shù)據(jù)采用嚴格成像模型，CBERS數(shù)據(jù)采用有 理函數(shù)模型。本發(fā)明所述方法包含但不限于所舉實例。步驟1 讀取已經(jīng)標準化后的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)；步驟2 輸入已知控制點和未知控制點(及連接點)；步驟3 利用衛(wèi)星影像參數(shù)獲取模型參數(shù)的初始值，并計算未知控制點地面坐標 的初始值，當前迭代次數(shù)置為0 ；
步驟4 若當前迭代次數(shù)小于最大迭代次數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟5 ；若當前迭代次數(shù)達到最 大迭代次數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟9;步驟5 依次對輸入的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)建立誤差方程，模型的線性化過程中采 用數(shù)值計算的方法逼近模型對各參數(shù)的偏導；步驟6 將所有衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)的誤差方程聯(lián)立為整體的區(qū)域網(wǎng)平差方程，采 用改化法方程的方法，消去其中所有連接點的地面坐標未知數(shù)，僅保留各傳感器幾何模型 的未知參數(shù)；步驟7 使用改進的LM算法求出未知參數(shù)的改正值向量，并更新參數(shù)的值；步驟8 用求得的改正值向量的模與規(guī)定的限差比較，若小于限差，轉(zhuǎn)至步驟9 ；否 則，當前迭代次數(shù)增加1，轉(zhuǎn)至步驟4 ；步驟9 解算完成，輸出各影像模型參數(shù)。
權(quán)利要求
通用的多源遙感影像幾何校正模型聯(lián)合平差方法的主要步驟是步驟(1)讀取已經(jīng)標準化后的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)；步驟(2)輸入已知控制點和未知控制點(及連接點)；步驟(3)利用衛(wèi)星影像參數(shù)獲取模型參數(shù)的初始值，并計算未知控制點地面坐標的初始值，當前迭代次數(shù)置為0；步驟(4)若當前迭代次數(shù)小于最大迭代次數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟5；若當前迭代次數(shù)達到最大迭代次數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟9；步驟(5)依次對輸入的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)建立誤差方程，模型的線性化過程中采用數(shù)值計算的方法逼近模型對各參數(shù)的偏導；步驟(6)將所有衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)的誤差方程聯(lián)立為整體的區(qū)域網(wǎng)平差方程，采用改化法方程的方法，消去其中所有連接點的地面坐標未知數(shù)，僅保留各傳感器幾何模型的未知參數(shù)；步驟(7)使用改進的LM算法出未知參數(shù)的改正值向量，并更新參數(shù)的值；步驟(8)用求得的改正值向量的模與規(guī)定的限差比較，若小于限差，轉(zhuǎn)至步驟9；否則，當前迭代次數(shù)增加1，轉(zhuǎn)至步驟4；步驟(9)解算完成，輸出各影像模型參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示方法步驟(5)，其特征是將不同的遙感影像成像幾何模型描述 為通用的正算模型，采用數(shù)值計算的方法來逼近各函數(shù)偏導，是各種模型的誤差方程形式 一致。正算模型表示為 模型線性化后，每個控制點的誤差方程為 以X為例計算函數(shù)的偏導，如(2-3)式所示 ^ 二 Hm Λ^Χ + ΔΧΧΖ)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所示方法步驟(6)，將各誤差方程聯(lián)立成整體的區(qū)域網(wǎng)平差方程 1)若第i個像平面點在第j景影像上，對應(yīng)于第k個未知控制點，則 2)若第i個像平面點在第j景影像上，對應(yīng)于一個已知控制點，則 個
4.根據(jù)權(quán)利要求1所示，方法步驟(7)，對LM算法的改進如下 在傳統(tǒng)的LM算法中，第k次迭代計算的未知數(shù)改變量ΔΧ為 ΔΧ⑷=-‘、+//⑷ ΙΓ%ν(4-1)式中I是單位矩陣，J00是系數(shù)矩陣的Jacobian矩陣，μ (k) > 0為阻尼系數(shù) 設(shè)Q 二 AJw的對角線元素組成向量q =(仏··.,<，·■■，C,C,..·，《)τ阻尼矩陣為D = diag
全文摘要
本發(fā)明從遙感影像的正算幾何模型出發(fā)，建立了一種通用的多源遙感影像成像模型的區(qū)域網(wǎng)平差，并采用改進的Levenberg-Marquardt算法解算所建立的平差方程，克服了模型病態(tài)性對解的影響。該方法與遙感影像的具體成像模型無關(guān)，可以對不同的成像模型進行聯(lián)合平差。在多源遙感數(shù)據(jù)的區(qū)域網(wǎng)平差過程中，可以針對各數(shù)據(jù)源的特點選擇最合適的成像模型，充分發(fā)揮各種模型在嚴密性、定位準確性、保密性等方面的特點。
文檔編號G01S7/497GK101907705SQ20101024271
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者焦偉利, 王威, 龍騰飛 申請人:中國科學院對地觀測與數(shù)字地球科學中心