基于有理多项式模型RFM的稀少控制SPOT-5卫星影像区域网平差

SPOT-5HRS/HRG影像是我国西部1∶5万地形图空白区测图工程的主要数据源,西部1∶5万测图工程也是国内首次大规模使用高分辨率卫星影像进行地形图测绘的重大项目。针对SPOT-5卫星影像为CCD线阵推扫成像的特点,提出和研发了一套基于通用成像模型,即有理多项式模型(RFM)的稀少控制的卫星影像区域网平差算法。为综合评价提出的区域网平差方法的性能,同测绘生产单位合作,选择多个实验区或作业区进行了较为充分的试验,试验表明,对于覆盖大范围区域的SPOT-5HRS立体影像,仅用少量地面控制点即可满足我国1∶5万地形图测绘的要求。

基于通用有理多项式模型的伽马非线性自补偿

为减小数字相移条纹投影系统中非线性响应引起的相位误差,提出了一种基于通用有理多项式模型的自补偿方法。该方法首先利用多项式来建模投影仪的未知非线性,然后建立相位误差函数。其次,利用离群检测算法剔除偏离点,并利用优化函数多次迭代求解出误差函数中的相位误差系数。最后,将含有误差的相位代入到相位误差函数中,通过不动点迭代运算对相位误差进行逐点修正。实验结果表明,上述自补偿方法易于实现且不需要预先校准,在无须提前标定数据条件下,可以有效减小数字相移条纹投影过程中的非线性误差,有助于提高系统的测量精度和测量效率。

基于有理多项式模型的高分四号卫星可见光通道面阵成像载荷在轨几何定标

针对我国首颗静止轨道高分辨率光学遥感卫星高分四号(GF4)的可见光通道面阵成像载荷,基于成像模型中内外方位元素的相关特性,提出一种基于先验有理多项式(RPC)模型的在轨几何定标方法,以地面控制点的真实像点和基于RPC模型计算的虚拟像点为观测值,在初始的定标参数基础下重建精确的几何定标参数,实现卫星成像载荷系统性几何误差的补偿。本方法完全避免了传统在轨几何定标构建严格几何成像模型中复杂的辅助数据处理和多个成像坐标系统的转换,建模和解算均极为简单,且定标结果可直接应用于基于严格几何成像模型的地面处理系统。通过一组GF4卫星面阵载荷的真实影像数据实验验证了本方法的有效性和模型的合理性,结果表明:本方法可有效补偿成像模型中的系统几何误差,且得到定标结果与基于严格几何成像模型的传统定标方法几乎一致。

基于有理多项式模型的星载InSAR影像制作数字高程模型的研究

合成孔径雷达干涉测量是一种利用SAR影像复数据的相位信息提取地面三维信息的技术,它通过获取地面目标在两幅SAR影像上的相位差值来解算该点的三维坐标。有理多项式模型作为一种数学意义上的几何模型,独立于传感器和平台,简单且具有通用性,可建立地面任意坐标与影像空间的关系。本文在RFM模型用于替代星载SAR的距离多普勒模型和星载InSAR的干涉相位方程基础上,研究RFM模型应用于星载高分辨率InSAR影像制作DEM的可行性和精度。利用兰州COSMOSkyMed数据和资源三号三线阵数据制作的DEM为参考数据进行试验验证,与资源三号制作的DEM结果相比,RFM模型用于InSAR技术生成的DEM中误差为7.55m。

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。

基于开源GIS数据的广域小重叠卫星影像定位模型精化

设计了一种适用于大区域、小重叠卫星影像有理多项式模型(RPC)定位精度优化的技术流程,基于开源数字正射影像(DOM)、数字高程模型(DEM)数据和RPC几何模型约束,通过优化尺度不变特征变换(SIFT)特征提取与匹配算法,实现了无像幅约束的控制点和连接点的快速稳健匹配,应用DEM支持下的RPC模型二维区域网方法实现了多景影像RPC模型精度的联合精化。GF-1卫星WFV影像的实验结果表明:在DEM支持下经过区域网平差后,RPC模型的定位精度可达到像素级水平。

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。

Radarsat-2 SAR影像两种定位模型精度的对比分析

星载SAR无控制点定位可利用距离-多普勒(R-D)模型和有理多项式(RPC)模型两种方法实现。为考察二者在不同高程条件下的适用性,本文利用Radarsat-2数据,基于绝对定位误差小于1m的GPS控制点,对R-D模型和RPC模型定位精度进行了对比分析。结果表明:在无高程数据仅利用头文件元数据的情况下,R-D模型和RPC模型定位精度都较差;当代入高程数据后,R-D模型表现出因高程变化引起的更好定位精度一致性。

基于两种计算模型的星载SAR定位对比分析

距离-多普勒(R-D)模型和有理多项式(RPC)模型是星载SAR定位常用的两种计算模型,通过计算机模拟两种模型的实现过程,利用两景高差不同的radarsat-2数据,分别采集高程在45m以内的控制点和高程在128m以内的控制点,对R-D模型和RPC模型定位精度进行对比分析。分析结果表明,随着高程的增加,R-D模型定位精度提高,而RPC模型定位精度下降,因此基于R-D模型的星载SAR定位较适用于高差大的地区。

多源航天光学影像的定位模型

针对星历和有理多项式系数(Rational Polynomial Coefficients,RPC)两种主要类型辅助数据的多源光学卫星影像,以地固地心直角坐标系(Earth-Centered Earth-Fixed,ECEF)作为统一的物方坐标系,在其中构建了有理函数和共线方程,对各类常见影像的辅助数据给出了相应的转换方法,进而以联合平差的方式建立了一种光学卫星影像定位的混合/集成模型,并对4种传感器影像进行了试验验证.建立的模型考虑了影像定向参数和传感器定标参数的差异,对不同航天光学影像的独立或联合定位有较广的适应性.

基于RPC模型的星上遥感卫星影像快速正射纠正

针对基于有理多项式系数(rational polynomial coefficients,RPC)的逐点法正射纠正计算量繁复、影像耗时过长,不能满足大数据量的卫星影像数据星上快速正射纠正的需要等问题,提出了基于像平面坐标的二维直接线性变换(DLT)光学遥感卫星影像星上快速正射纠正的方法。考虑到影像正射的精度和可靠性等需求,探究采用二维DLT进行影像正射的算法策略,并与逐点法正射纠正进行对比试验,在减小影像正射纠正的计算量、提高影像正射的速度和效率的情况下,尽可能保证正射的精度。试验结果表明:通过对比分析二维DLT的精度和效率,基于像平面坐标对应关系的二维DLT光学遥感卫星影像星上快速正射纠正理论及方法切实可行。

DSM控制的高分辨率卫星影像几何精度校正

随着光学卫星影像分辨率越来越高,其几何精校正的精度要求也越来越高。传统的参考底图与DEM控制的卫星影像几何校正方法已经难以提供足够的精度,因此提出了一种使用高分辨率DSM同时作为卫星影像几何精校正中平面控制与高程控制的来源,对卫星影像的RPC模型参数进行校正的方法。并通过实验对美国拉斯维加斯地区的GeoEye-2影像进行几何精校正,通过人工获取的控制点进行检查,结果表明利用0.5 m分辨率的DSM作为控制,其校正后的平面精度可以达到0.6 m的水平,因此该方法可基本满足像素级的绝对精度要求,可应用于卫星影像几何精度校正。

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。

基于有理函数模型的高分辨率卫星遥感影像匹配

针对线阵推扫式卫星遥感影像的特点,提出了一种利用有理函数模型预测同名像点位置的快速影像匹配方法。经对某地区一对IKONOS立体影像进行匹配试验,验证了算法的稳健性,并与常用的金字塔影像匹配和核线影像匹配的试验结果进行了比较。结果表明,相对于金字塔影像匹配和核线影像匹配,利用有理函数模型预测同名像点的影像匹配方法的效率和成功率都得到了明显的提高。

“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。

紫金矿区“资源三号”卫星立体影像提取DEM精度评价

作为我国首颗高分辨率立体测绘卫星,“资源三号卫星”(ZY-3)为大区域立体测绘提供了可能。以紫金矿区为研究区,利用ZY-3立体影像提取数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),评价了山区地形条件下该卫星的立体测绘能力。结果显示,无地面控制点情况下DEM精度在20 m以内,1个控制点便可以将DEM的精度提高至5.2 m,3~5个控制点可使DEM的精度达到4.8 m。分析3~8个控制点生成的DEM的精度,结果显示,单个检查点的系统误差对总误差影响较大,随机误差对总误差贡献较小。在有控制点的情况下,ZY-3立体影像能够满足山区地形1∶50000 DEM测绘的精度要求。

CBERS-02B卫星HR相机遥感影像RPC校正方法

有理多项式函数模型(Rational Polynomial Camera,RPC)是目前国际上广泛使用的高分辨率相机成像几何模型,文章介绍了CBERS-02B卫星高分辨率(High Resolution,HR)相机遥感影像RPC模型校正方法,首次把RPC模型引入CBERS-02B卫星生产系统进行自动化生产,并对试验数据进行分析,验证了RPC模型的精度。

高分七号卫星影像几何定位平面精度初步验证

高分七号(Gaofen-7,GF-7)卫星是中国首颗民用高分辨率立体测绘卫星,主要目的是实现1∶10000比例尺精确测图工作,因此对其影像产品的直接定位精度进行验证至关重要。选用国内外多个地区的卫星影像,以野外实测GPS点和高分辨率航空正射影像作为控制数据,通过有理多项式模型对GF-7卫星影像平面直接定位精度进行评估。实验结果表明:河南登封地区、黑龙江哈尔滨地区的三景单张影像平面直接定位均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为10.75 m、5.76 m和6.47 m;黑龙江哈尔滨地区、江苏盐城地区及德国波鸿地区的立体影像平面定位RMSE分别为6.15 m、7.66 m和4.37 m。研究工作可为后续GF-7的精度校正和影像产品的生产及应用提供参考。

卫星斜视影像地形遮蔽区的自动检测研究

针对卫星斜视影像普遍存在的地形遮挡问题,文章提出了基于有理多项式系数(Rational Polynomial Coefficients,RPC)模型的高分辨率卫星影像遮挡检测方法。利用不规则三角网(Triangulated Irregular Network,TIN)表达三维地形表面,并采用光线追踪法精确探测入射光线与三角网的相交情况以确定交点间的遮挡关系。为提高遮挡检测效率,设计了一种极小化地形搜索区的方法,并利用斜视成像的真实卫星影像及模拟卫星影像进行了实验验证,结果表明该方法对遮挡区域的检测精度高于97%,能有效地识别出受地形遮挡影响的区域,自动生成准确的地形遮蔽区域掩膜影像。

GPU支持的SAR影像几何校正大规模并行处理

目的几何校正(又称地理编码)是合成孔径雷达(SAR)影像处理流程中重要的一个步骤,具有一定的计算复杂度,需要用到几何定位模型。本文针对星载SAR影像,采用有理多项式系数(RPC)定位模型,提出了图形处理器(GPU)支持的几何校正大规模并行处理方法。方法该方法充分利用GPU计算资源强大及几何校正过程中每个像素处理步骤一致的特点,每次导入大量像素至GPU,为每个像素分配一个线程,每个线程执行有理函数计算、投影变换、插值采样等计算复杂度高的步骤,通过优化配置dim Grid和dim Block参数,提升GPU的并行性能。该方法通过分块处理实现SAR影像大幅面处理,且可适用于多个不同分块大小。结果实验结果显示其计算加速比为38 44,为全面客观地分析GPU并行处理的特点,还计算了整体加速比,通过多个实验分析影响整体加速性能的因素,提出大块读写提高I/O性能的优化方法。结论该方法形式简洁,通用性好,可适用于几乎所有的星载SAR影像、不同的影像幅面;且加速性能明显。