一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法，其包括以下步驟：建立真實(shí)CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型；根據(jù)真實(shí)CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型，建立虛擬CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型；建立拼接影像的有理多項(xiàng)式模型；完成資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接。利用基于虛擬CCD線陣的內(nèi)視場的拼接方案，在焦平面上構(gòu)造出無畸變的CCD陣列，對原始多個(gè)CCD成像影像按照線中心投影成像方式進(jìn)行重成像，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)CCD成像影像的線中心投影無縫拼接。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于資源三號衛(wèi)星影像處理中。
【專利說明】一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種影像拼接方法，特別是關(guān)于一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在高分辨光學(xué)線陣推掃式衛(wèi)星相機(jī)的設(shè)計(jì)中，為獲取較大的幅寬，將多個(gè)CCD(Charge-coupled Device,電荷稱合元件)線陣在焦面上交錯(cuò)安裝，通過分光等模式形成近似直線的一條連續(xù)CXD陣列。但是由于多個(gè)C⑶線陣的安裝精度和TD1-(XD(Time Delayedand IntegrationCharge-coupled Device時(shí)間延遲和積分電荷稱合元件)沿著軌道方向?qū)挾鹊纫蛩氐南拗?，多個(gè)CCD線陣在焦面不可能形成一條嚴(yán)格意義上的CCD線陣。在攝影測量數(shù)據(jù)生產(chǎn)中，均使用衛(wèi)星影像供應(yīng)商提供的按照成像幾何特性和輻射特性拼接后的影像，例如IKONOS伊科諾斯、QuickBird快鳥和WorldView-2等。而影像的拼接精度會直接影響后續(xù)攝影測量生產(chǎn)的精度，如在利用IKONOS立體像對匹配生產(chǎn)DEM (Digital ElevationModel,數(shù)字高程模型)時(shí)，拼接精度不高會導(dǎo)致DEM精度有損失。多C⑶線陣的亞像素級拼接精度是保證DEM生產(chǎn)精度的前提。如何對交錯(cuò)安裝的多個(gè)CCD線陣影像進(jìn)行高精度的拼接成為了高分辨率遙感衛(wèi)星應(yīng)用中亟待解決的問題。
[0003]多光譜相機(jī)一般采用多譜合一的TD1-C⑶，那么同一時(shí)刻各個(gè)譜段對應(yīng)不同的攝影點(diǎn)。即各個(gè)波段對應(yīng)同一地物的成像時(shí)間不一致，而衛(wèi)星在飛行過程中存在高頻顫振，那么各個(gè)波段對應(yīng)同一地物的成像姿態(tài)也不一致，若是波段直接相加，那么各個(gè)波段的影像無法保證完全疊合。而且，多光譜影像上也存在著多個(gè)CCD影像拼接的問題，如何對多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，同時(shí)保證其無縫是有效利用多光譜影像的關(guān)鍵。
[0004]而當(dāng)前多CCD影像拼接的方法主要可以分為兩類:基于像方的影像拼接和基于物方的影像拼接?；谙穹降挠跋衿唇诱J(rèn)為影像之間基本上只存在偏移或者低階畸變，從相鄰CCD影像的重疊區(qū)域中獲取一些同名點(diǎn)，再利用同名點(diǎn)之間的位置關(guān)系，建立起平移甚至仿射變換等低階畸變模型，從而建立起影像與影像間的對應(yīng)關(guān)系，完成拼接。但是，該拼接方案必須基于一個(gè)假設(shè)前提，那就是衛(wèi)星飛行平臺穩(wěn)定，姿態(tài)不存在較大跳變。然而，事實(shí)上衛(wèi)星在飛行過程中，為了保持三軸穩(wěn)定，姿軌控制系統(tǒng)會不斷調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)，由于這些因素的存在，使得衛(wèi)星姿態(tài)中存在高頻抖動，從而導(dǎo)致不位于同一直線的CCD之間會出現(xiàn)成像時(shí)間不一致的現(xiàn)象，該現(xiàn)象稱為衛(wèi)星姿態(tài)的高頻噪聲，該高頻噪聲是無法通過簡單的低階模型消除的。而且，基于像方的影像拼接嚴(yán)重依賴于同名點(diǎn)匹配的精度，一旦拼接處紋理單一，同名點(diǎn)匹配可靠性不足時(shí)，就會出現(xiàn)拼接錯(cuò)誤。除此之外，更為嚴(yán)重的問題是，該拼接方法生產(chǎn)的影像丟失了嚴(yán)密成像幾何模型。如果直接利用通用傳感器模型，如RFM(Rational Function Model,有理多項(xiàng)式模型)來替代原始模型的話，又會存在模型替代精度不高的問題，如ALOS (日本的對地觀測衛(wèi)星)的IB產(chǎn)品。與之不同，基于物方的影像拼接方法采用基于各CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型，根據(jù)各CCD的物方定位建立相鄰CCD線陣關(guān)系，完成拼接；因此，采用該方案建立的相鄰CCD位置關(guān)系更為嚴(yán)密，且其拼接精度不依賴于同名點(diǎn)匹配精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種不依賴于同名點(diǎn)匹配精度的資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法，該方法是一種物方拼接方法，能夠解決常用像方拼接方法的不足，并通過虛擬CCD的嚴(yán)密成像幾何模型，建立拼接影像的嚴(yán)密成像幾何模型，在完成影像拼接的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)通用幾何模型的建立，使得拼接影像能夠進(jìn)一步應(yīng)用于攝
影測量等處理。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法，其具體包括以下步驟:1)建立真實(shí)CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型；2)根據(jù)真實(shí)CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型，建立虛擬CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型；3)建立拼接影像的有理多項(xiàng)式模型；4)完成資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接。
[0007]所述步驟I)中，采用以下步驟建立真實(shí)CXD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型:①利用全色或多光譜相機(jī)的像主點(diǎn)(X(i，yci)，像主距f，像元(X，y)大小，確定像元(X，y)在全色或多光譜相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為:
【權(quán)利要求】
1.一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法，其具體包括以下步驟: O建立真實(shí)CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型； 2)根據(jù)真實(shí)CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型，建立虛擬CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型； 3)建立拼接影像的有理多項(xiàng)式模型； 4)完成資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法，其特征在于:所述步驟I)中，采用以下步驟建立真實(shí)CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型: ①利用全色或多光譜相機(jī)的像主點(diǎn)(Xt),yo),像主距f，像元(X，y)大小，確定像元(X，y)在全色或多光譜相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為:
3.如權(quán)利要求1所述的一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法，其特征在于:所述步驟2)中，采用以下步驟建立虛擬CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型: ①確定虛擬CCD線陣上任一像素s所對應(yīng)的像元在全色或多光譜相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為:
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法，其特征在于:所述步驟3)中，建立拼接影像的有理多項(xiàng)式模型的過程包括: ①根據(jù)據(jù)虛擬CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型，分別計(jì)算虛擬CCD影像的上下左右四個(gè)角點(diǎn)的地理坐標(biāo)(lon，lat，h)，即某區(qū)域的地理范圍，從全球1km格網(wǎng)SRTM數(shù)據(jù)上讀取該區(qū)域地理范圍的影像，計(jì)算該區(qū)域的高程范圍； ②在虛擬CCD的影像空間內(nèi)，根據(jù)虛擬影像大小劃分虛擬控制格網(wǎng)，根據(jù)虛擬CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型計(jì)算格網(wǎng)上各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的地理坐標(biāo)，組成控制點(diǎn)(X，Y, P, L, H)，并求解控制點(diǎn)(X，Y, P, L, H)對應(yīng)的RFM模型:
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法，其特征在于:所述步驟4)中，采用以下步驟完成資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接: ①確定虛擬CCD影像的高度和寬度，其中，將原始影像的高度設(shè)定為虛擬CCD影像的高度，虛擬CCD影像的寬度為


Wvirtual ;②對控制點(diǎn)(X，Y,P, L, H)對應(yīng)的RFM模型進(jìn)行逆變換，并計(jì)算得到拼接后影像上任一點(diǎn)O對應(yīng)高程h的地面點(diǎn)坐標(biāo)(lat, lon, h)； ③利用反算模型，將地面點(diǎn)坐標(biāo)(lat，lon,h)投影到真實(shí)CXD影像上，得到地面點(diǎn)坐標(biāo)(lat, lon, h)對應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)(x’, y')； ④采用距離加權(quán)方法，計(jì)算得到像點(diǎn)坐標(biāo)(X’，?)對應(yīng)的灰度值g(x’，y’)為:
g(x，，y，)= (1-dx).(1-dy).gi+dx.(l_dy).g2+dy.(l_dx).g3+dx.dy.g4 ； ⑤對已知高度和寬度的虛擬CCD影像上的所有像素，重復(fù)步驟②~步驟④，完成資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接。
6.如權(quán)利要求5所述的一種資源三號衛(wèi)星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法，其特征在于:所述步驟③中，計(jì)算得到地面點(diǎn)坐標(biāo)(lat, lon，h)對應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)(x’，y’)，其具體包括以下步驟: I、根據(jù)真實(shí)CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型，計(jì)算得到原始影像上下左右四個(gè)角點(diǎn)的地理坐標(biāo)(lat，lon)，根據(jù)像元(x，y)與地理坐標(biāo)(lat，lon)之間的關(guān)系式:
U = fQ+ fJat + 1-Jon
\y = g0+gM+Silon ’ 計(jì)算仿射變換參數(shù)fo> fi> f2> go、S1、g2 ； I1、將計(jì)算得到的地面點(diǎn)坐標(biāo)(lat,lon, h)代入像元(x, y)與地理坐標(biāo)(lat, lon)之間的關(guān)系式，得到地面點(diǎn)坐標(biāo)(lat，lon, h)對應(yīng)的影像點(diǎn)的平面坐標(biāo)(xp，yp)； II1、將影像點(diǎn)的平面坐標(biāo)(xp，yp)代入真實(shí)CCD線陣的嚴(yán)密成像幾何模型，計(jì)算得到影像點(diǎn)坐標(biāo)(xp, yp, h)的地面點(diǎn)坐標(biāo)(latp, 1np)； IV、重復(fù)步驟I~步驟III，直到滿足迭代條件:
【文檔編號】G06T3/40GK103914808SQ201410095059
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】張過, 唐新明, 蔣永華, 高小明, 祝小勇, 胡芬, 方辰, 鄧明軍 申請人:國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心