[發明專利]一種資源三號衛星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法

有效

• 申請號: 201410095059.3
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103914808B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 張過;唐新明;蔣永華;高小明;祝小勇;胡芬;方辰;鄧明軍
• 申請（專利權）人: 國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 徐寧

技術領域

本發明涉及一種影像拼接方法，特別是關于一種資源三號衛星三線陣影像和多光譜影像的拼接方法。

背景技術

在高分辨光學線陣推掃式衛星相機的設計中，為獲取較大的幅寬，將多個CCD（Charge-coupled?Device，電荷耦合元件）線陣在焦面上交錯安裝，通過分光等模式形成近似直線的一條連續CCD陣列。但是由于多個CCD線陣的安裝精度和TDI-CCD（Time?Delayed?and?IntegrationCharge-coupled?Device時間延遲和積分電荷耦合元件）沿著軌道方向寬度等因素的限制，多個CCD線陣在焦面不可能形成一條嚴格意義上的CCD線陣。在攝影測量數據生產中，均使用衛星影像供應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攝影測量生產的精度，如在利用IKONOS立體像對匹配生產DEM（Digital?Elevation?Model,數字高程模型）時，拼接精度不高會導致DEM精度有損失。多CCD線陣的亞像素級拼接精度是保證DEM生產精度的前提。如何對交錯安裝的多個CCD線陣影像進行高精度的拼接成為了高分辨率遙感衛星應用中亟待解決的問題。

多光譜相機一般采用多譜合一的TDI-CCD，那么同一時刻各個譜段對應不同的攝影點。即各個波段對應同一地物的成像時間不一致，而衛星在飛行過程中存在高頻顫振，那么各個波段對應同一地物的成像姿態也不一致，若是波段直接相加，那么各個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CCD影像拼接的問題，如何對多光譜數據進行拼接，同時保證其無縫是有效利用多光譜影像的關鍵。

而當前多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。基于像方的影像拼接認為影像之間基本上只存在偏移或者低階畸變，從相鄰CCD影像的重疊區域中獲取一些同名點，再利用同名點之間的位置關系，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關系，完成拼接。但是，該拼接方案必須基于一個假設前提，那就是衛星飛行平臺穩定，姿態不存在較大跳變。然而，事實上衛星在飛行過程中，為了保持三軸穩定，姿軌控制系統會不斷調整衛星的姿態，由于這些因素的存在，使得衛星姿態中存在高頻抖動，從而導致不位于同一直線的CCD之間會出現成像時間不一致的現象，該現象稱為衛星姿態的高頻噪聲，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重依賴于同名點匹配的精度，一旦拼接處紋理單一，同名點匹配可靠性不足時，就會出現拼接錯誤。除此之外，更為嚴重的問題是，該拼接方法生產的影像丟失了嚴密成像幾何模型。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（日本的對地觀測衛星）的1B產品。與之不同，基于物方的影像拼接方法采用基于各CCD線陣的嚴密成像幾何模型，根據各CCD的物方定位建立相鄰CCD線陣關系，完成拼接；因此，采用該方案建立的相鄰CCD位置關系更為嚴密，且其拼接精度不依賴于同名點匹配精度。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種不依賴于同名點匹配精度的資源三號衛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的嚴密成像幾何模型，建立拼接影像的嚴密成像幾何模型，在完成影像拼接的同時，實現通用幾何模型的建立，使得拼接影像能夠進一步應用于攝影測量等處理。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種資源三號衛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CCD線陣的嚴密成像幾何模型；2）根據真實CCD線陣的嚴密成像幾何模型，建立虛擬CCD線陣的嚴密成像幾何模型；3）建立拼接影像的有理多項式模型；4）完成資源三號衛星三線陣影像和多光譜影像的拼接。

所述步驟1）中，采用以下步驟建立真實CCD線陣的嚴密成像幾何模型：①利用全色或多光譜相機的像主點(x₀,y₀),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坐標系下的坐標為：