基于资源三号多光谱影像的云顶高度估计

通常来说,云对于高分辨率光学卫星影像来说是一种无效区域,需要避免成像并消除。然而,对于气象分析来说,云顶高度的估计在大气运动和天气预报等领域都具有十分重要的意义。基于资源三号测绘卫星多光谱影像波段之间的视差,文章提出了一种高精度云顶高度的估计方法。在严格分析云顶高度估计的误差因素即内方位元素误差、外方位元素误差、匹配误差、云移动、DEM误差等影响的基础上,提出了相应的优化与补偿方法。由于内方位元素误差对每列影像的影响相同,提出了基于无云区域估计内方位元素误差的方法;鉴于每行影像的外方位元素误差相同,提出了基于无云区域估计外方位元素误差的方法;考虑到多光谱波段之间相近的成像几何,通过相位相关的方法获取高精度的视差;在假设云静止的条件下,云顶高度估计的理论精度为96 m。通过阿兹劳和乌兹别克斯坦两个地区的多光谱影像进行实验,验证该方法的可行性。该方法还可进一步应用于云的检测。

资源三号测绘卫星影像产品精度分析与验证

资源三号测绘卫星提供了多种影像产品以满足不同用户的需求。首先介绍资源三号测绘卫星多级影像产品及其制作方法,其中传感器校正产品、系统几何纠正产品、精纠正产品均带有理函数模型(rational function model,RFM),可进一步平差生产4D产品。利用登封和安平地区资源三号测绘卫星数据验证多级影像产品的定位精度和利用其制作的数字表面模型(digital surface model,DSM)和正射纠正产品(geocoded terrain corrected,GTC)的精度,系统几何纠正产品与传感其校正产品精度相同,精纠正产品无控定位精度较高,而系统几何纠正产品与精纠正产品的平差精度与传感器校正产品的精度相同。利用资源三号测绘卫星数据制作的登封地区DSM和GTC的平面中误差为2.5 m,高程中误差2.5 m,安平地区平面中误差1.6 m,高程中误差1.5 m,高程精度满足1∶50 000 DEM一级精度要求,平面精度满足1∶50 000 DOM的精度要求。

资源三号测绘卫星传感器校正产品几何模型

资源三号测绘卫星为了获取较大的幅宽和较高的空间分辨率,其三线阵相机和多光谱相机采用了多片CCD拼接成像的方式获取地面影像。如直接提供分片的CCD影像产品,用户难以使用。传感器校正产品解决了CCD影像拼接的问题,拼接后的影像不仅视觉无缝,同时几何无缝。该产品同时解决了多光谱波段间配准的问题,且生产过程中引入的投影差误差和交会误差可以忽略不计。该产品消除了大部分畸变,故拥有极高的RFM替代严密成像几何模型精度。本文利用安平和登封地区的三线阵数据进行验证,试验区三线阵传感器校正产品RFM替代精度优于1%像元,无地面控制点立体定位精度优于15 m,带控制点平面误差在3 m以内,高程误差在2 m之内,且三线阵平差平面定位精度要优于两线阵。

高分六号中分宽视场影像高精度DSM提取

高分六号(GF-6)卫星中分宽视场相机65.64°的超大视场角,使得其具有异轨立体观测能力。利用高分六号中分宽视场影像进行DSM提取,面临影像复杂的内畸变特征、宽视场相机立体平差等难题。文章提出了基于RPC模型的中分宽视场相机DSM提取方法,包括非线性内畸变补偿、宽视场外定向模型立体平差及核线影像生成与DSM提取。实验采用空间分辨率为16 m、重叠度为50%~70%的3组立体影像分别制作了50 m格网的DSM。通过全球公开精度最高的哥白尼DSM进行评估。结果表明,该方法提取的DSM高程中误差为8~10 m,达到子像素级水平。该研究为高分六号宽视场影像高精度处理及全球DSM提取提供了参考。

基于同轨约束RFM的高分卫星影像区域网平差

高分辨率光学(简称"高分")卫星影像普遍以标准景的形式提供给用户,并附带有理多项式模型(rational function model,RFM)。尽管同一轨道高分影像的姿态和轨道误差较为稳定,然而由于RFM的参数没有清晰的物理意义,因此难以建立同一轨道影像间的几何约束关系。从条带影像与标准景影像的差异出发,考虑标准景影像的分景效应以及积分时间差异的影响,提出了基于像方多项式模型的同轨约束方法,可对同轨道、不连续的标准景影像进行约束,实现基于同轨约束的高分卫星影像区域网平差。通过用我国资源三号(ZY-3)测绘卫星同轨7景三线阵立体影像和印度IRS-P5卫星两轨4景两线阵立体影像进行实验,证明所提出的同轨约束区域网平差模型能减少对控制点的需求,提高平差精度。

资源三号测绘卫星三线阵成像几何模型构建与精度初步验证

根据资源三号测绘卫星的总体设计,分析资源三号卫星高精度几何处理的关键问题,结合资源三号测绘卫星几何特性,提出基于虚拟CCD线阵成像技术的资源三号测绘卫星成像几何模型。利用资源三号卫星第一轨影像大连地区数据,完成前视、正视、后视的传感器校正产品的生产试验,不同控制点情况下进行平差试验,初步生产该地区的数字表面模型(DSM)和数字正射影像(DOM),精度验证结果表明在试验区四角布设控制点的情况下DOM平面精度优于3m,DSM高程精度优于2m。与国外相近分辨率的卫星相比,资源三号测绘卫星可以达到较高的几何精度。

资源三号测绘卫星多光谱影像高精度谱段配准

针对ZY-3多光谱影像各谱段共视场扫描成像特点,提出基于在轨检校内方位元素的虚拟CCD重成像算法,通过虚拟CCD重成像技术实现单谱段CCD影像的无缝拼接及多谱段的高精度谱段配准。采用河南登封区域及天津区域的ZY-3多光谱影像对ZY-3多光谱相机进行在轨几何检校,利用河北安平区域的30个高精度靶标控制点验证了检校结果的正确性;进一步利用检校后的内方位元素对河北安平区域、兰州区域的ZY-3多光谱影像进行虚拟CCD重成像,采用靶标点验证方法以及高精度配准验证方法对虚拟CCD重成像影像的谱段配准精度验证,谱段配准精度均优于0.2像元。

基于有理多项式系数模型的物方面元最小二乘匹配

针对物方面元最小二乘匹配仅适用于单中心投影框幅式成像的匹配制作区域DSM问题,提出基于有理多项式系数(RPC)模型的物方面元最小二乘匹配算法,结合匹配窗口区域内多中心平行投影方式,构建RPC模型下的投影方程,将物方面元最小二乘匹配算法从适用于单中心投影框幅式成像扩展到适用于多中心投影推扫式成像的立体匹配,并用SPOT5-HRG、GeoEyeI、KONOS立体影像进行试验验证。试验表明,RPC模型能用于物方面元最小二乘匹配且不损失匹配精度,增加了物方面元最小二乘匹配的应用范围和价值。

基于RPC模型的线阵卫星影像核线排列及其几何关系重建

针对核线影像无几何模型的问题,提出基于有理多项式系数(Rational Polynomial Coefficient,RPC)模型,利用投影轨迹法制作线阵推扫式卫星核线影像及其几何模型的重建方法。利用SPOT 5 HRG、CBERS 2-03异轨立体像对和SPOT 5 HRSI、RS P5、GeoEyeI、KONOS同轨立体像对重建的核线影像几何模型上下视差的中误差在0.2个像元之内;利用重建几何模型和原始影像几何模型进行前方交会计算所得到的地面点平面中误差在1 m之内,高程中误差在0.3 m之内,验证了本文方法的可靠性。

“新工科”背景下数字摄影测量学教学改革初探

近年来,人工智能、大数据、传感器技术的发展开始倒逼传统测绘类专业进行改革升级,尤其是计算机视觉、人工智能领域的研究人员进入摄影测量领域,开发了自动化程度高的摄影测量软件,逐渐形成取代传统摄影测量软件的趋势。而传统的摄影测量实践教学以软件使用为主,无法满足企业高层次开发人才使用的需求,为此,通过探索结合计算视觉领域的开源库,采用个人和团队编写的方式实现数字摄影测量学中的经典算法,让学生更深入理解算法,以期提高学生的编程实践能力。

SC教学模式在“遥感原理与方法”课堂教学中的探索

我国工业界对工程教育的打分是总体合格、水平中等,这对大学的本科教学提出了较高的要求和较大的挑战,亦引起各大高校一线教师对专业课程教学改革的重视。以学生为中心SC(Student Centeredness)的教学改革是对传统的以传授为主要特征的教学模式的系统性的变革。我国SC改革进展较为缓慢,这造成我国大学生的创新思维和创新能力稍弱。本文以笔者14年的“遥感原理与方法”教学实践为基础,详细介绍了该课程以学生为中心SC的教学改革方法,如明确每节课程内容需达到的学习效果、制定以学生学习为中心的教学方式和科学评价学生的学习效果,为培养测绘精英人才奠定一定的基础。在该教学方法实施的过程中,笔者发现该方法有效提高了学生专业知识的掌握程度,学习效果较好,证明该教学方法具有良好的教学效果。

浅谈如何讲解“遥感卫星轨道和卫星数据特征”章节

在遥感卫星多平台、卫星数据日益增多的今天,如何快速高效地让学生掌握遥感卫星的轨道特征,熟悉常用卫星的数据特征是一个非常重要的授课内容。本文结合作者在中南大学10年的"遥感原理与方法"课程教学实践,分析了遥感卫星轨道和卫星数据特征章节讲解的重点和难点,提出在教学过程中充分利用多媒体教学和互联网查找知识方便的有利条件,课堂上通过动画演示和图片讲解等方法让学生掌握卫星轨道及其运行的特点,课下让学生组成兴趣小组自行收集不同种类的卫星,巩固课堂学习的知识,培养学生的自主学习能力,以期增强学生对该章节的知识掌握能力、主动学习能力及独立思考能力,为学生该课程的后续学习和工作能力的培养奠定基础。在近几年的教学实践过程中,笔者发现该方法有效地提高了学生对该章节内容的掌握程度和学习兴趣,学习效果超过往届学生,实践结果充分证明了该方法的有效性。

浅谈如何讲解“工程与工业摄影测量”

"工程与工业摄影测量"是一门现势性、应用性很强的课程。课程设置为选修课,课时量较小。如何在有限的教学时间内提高学生的学习兴趣,让学生掌握该课程的理论知识,是一件非常重要的事情。本文结合作者在中南大学为期5年的"工程与工业摄影测量"课程教学实践,分析了"工程与工业摄影测量"课堂讲解的重点和难点,提出在教学过程中充分利用案例教学和互联网查找知识的有利条件,课堂上通过案例教学逐步提高学生的学习兴趣和让学生掌握每个知识点在实际工程中的应用,课下通过对重要知识点布置作业和让学生组成兴趣小组自行进行实际工程的设计加深学生课堂学习的知识和自主学习能力,合理安排实验让学生掌握工程与工业摄影测量的相机检校和内外业操作。在近几年的教学实践过程中,发现该方法有效地提高了学生对该课程内容的掌握程度和学习兴趣,学习效果超越往届学生,实践结果充分证明了该方法的有效性。

顾及地形改正的地理定位查找表模型反算

地理定位查找表(geolocation look-up table,GLT)广泛应用于摆扫式成像传感器影像的地理定位,基于GLT模型的坐标反算是卫星数据几何处理中的重要步骤。由于GLT模型是由影像坐标获取地理位置的正向索引,没有确定的反算函数,因此基于GLT数据的坐标反算较为困难。针对现存坐标反算方法受地形起伏影响大、精度低等问题,提出一种带有改正高差引起像点位移的线性逼近的坐标反算法。首先,由物方坐标线性迭代逼近计算像方坐标;然后,改正由线性内插计算高程与真实高程不符引起的像点位移,将物方点精确反算至像方系统。以MODIS数据为算例进行分析,实验结果表明,最大误差小于0.03个像元,优于现有算法。

轨道约束的资源三号标准景影像区域网平差

考虑到同轨道拍摄的长条带卫星影像具有相同的误差分布特性,针对资源三号的标准景影像产品,提出基于轨道约束的卫星影像区域网平差方法。首先,根据同轨相邻影像的偏移量计算轨道影像坐标系下的像点坐标;其次,通过同轨每景影像的RFM重新生成轨道影像的RFM,同时生成补偿格网;然后,根据基于像方仿射变换的RFM对轨道影像进行区域网平差;最后,利用求得的轨道影像的仿射变换参数重新计算原始单景影像的仿射变换参数。在太行山试验区,相对于单景模式,轨道约束平差在测区四角布控的情况下将平面精度从2.951 m提升到2.617 m,将高程精度从8.440 m提升至3.080 m。试验结果证明了轨道平差的有效性和可行性。

资源三号测绘卫星长条带产品区域网平差

资源三号测绘卫星除了提供无畸变的标准景产品以外,还提供将近600km的长条带产品。该产品和标准景产品类似,生产过程中引入的投影差误差和交会误差可以忽略不计,有理多项式模型作为长条带产品的成像几何模型发布给用户。基于像方的仿射变换平差模型可以消除长条带影像中的轨道、姿态误差,达到子像素级定向精度。在周边布设控制点,资源三号测绘卫星三线阵长条带产品的平差平面精度约为2.5m,高程精度约为1.6m,达到单个标准景的平差精度。

改进半全局匹配的高分卫星影像DSM提取方法

传统半全局匹配算法在提取高分卫星立体像对DSM时,匹配结果受正则化参数的影响较大,且在阴影、低纹理、重复纹理和视差跳变等难以匹配区域存在较多的视差空洞。针对上述问题,该文提出了一种改进半全局匹配的高分卫星影像DSM提取方法:在代价聚合过程中根据当前层金字塔影像的视差搜索范围和代价矩阵自动确定正则化参数以增强匹配结果的稳定性,同时构建金字塔聚合以提高匹配点的数量;在此基础上,利用基于快速双边算子的优化策略优化视差图以填充视差空洞。结果表明:本文方法生成的DSM在建筑物边缘更为精细,同时能够较好地恢复难以匹配区域的高程值,且具有更高的精度水平。