[發明專利]基于矢量特征的衛星成像幾何精化模型的構建方法

在審

• 申請號: 201711441769.7
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108593556A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 胡堃;尤紅建;雷斌;黃旭
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01S19/53
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供了一種基于矢量特征的衛星成像幾何精化模型的構建方法，包括：構建物方點在掃描方向上中心投影和平行投影的成像幾何關系表達式，結合該成像幾何關系和仿射變換關系構建基于點特征的成像幾何精化模型；采用線性參數方程對控制矢量特征進行模型描述，構建基于矢量特征的成像幾何精化模型；將基于矢量特征的成像幾何精化模型轉化為誤差方程形式，并進行線性化展開；采集控制線和控制點特征，計算模型參數的初值；迭代求解模型全部未知數的改正數，收斂得到該模型全部參數的精確值，實現模型的構建。本公開能夠充分顧及線陣推掃式傳感器的成像幾何特點，以及衛星成像姿態變化和復雜地形條件對成像幾何模型控制精度的影響。

技術領域

本發明涉及光學遙感技術領域，尤其涉及一種基于矢量特征的線陣推掃式光學對地觀測衛星成像幾何精化模型的構建方法。

背景技術

在軌成像幾何模型的設計與實現是光學對地觀測衛星影像高精度幾何處理的基本前提。當前國際上，在軌成像幾何模型主要分為嚴格的傳感器模型和非嚴格的數學模型兩大類別。其中，嚴格的傳感器模型發展相對成熟。然而，一方面由于光學衛星傳感器模型的參數屬于技術保密；另一方面由于衛星在軌成像幾何關系和傳感器物理結構復雜，自相關的模型參數會導致模型精度的不穩定性。因此，嚴格的傳感器模型在實際應用中受到了明顯的限制。

由于光學對地觀測衛星通常具有穩定高軌道、長焦距和窄視場角等特點，衛星嚴格的成像幾何關系可以采用非嚴格的數學模型進行適度簡化，從而隱藏了衛星參數且便于技術保護。非嚴格的數學模型包括經典的仿射變換模型(Okamoto，et al.，1999)、直接線性變換模型(El-Manadili，et al.，1996)和有理函數模型(Tao，et al.，2001)等，也包括在上述模型基礎上的許多改進模型。其中一種改進方法是精化傳感器的成像幾何關系，如含附加參數的仿射變換模型(Fraser，et al.，2004；Zhang，et al.，2002；2004)和自檢校直接線性變換模型(Wang，1999)等；另一種方法是在有理函數模型的基礎上，通過分析和篩選有理多項式系數進行模型的優化處理(Xiong，et al.，2009；Zhang，et al.，2012)。

當前，上述兩類光學對地觀測衛星的在軌成像幾何模型均主要采用控制點作為基本的物方控制條件。大量均勻分布的控制點所需人工布設和維護成本高，識別選取和影像匹配也存在顯著困難。特別是在衛星傾斜成像模式下，由于獲取的影像存在嚴重的幾何變形和輻射下降，影像中的地物目標與實際地物特點存在較大差異，基于控制點的影像匹配誤差顯著增大。

相比較而言，矢量特征在特征識別和匹配中具有許多獨特的優勢：第一，像方空間的矢量特征更容易被自動檢測和提取，且垂直于邊緣方向的提取精度達到了子像素級；第二，在多幅影像的重疊區域之間或在像方和物方空間之間，矢量特征都更容易精確地匹配；第三，矢量特征可以被沿線方向的線段隱含定義，從而避開線上的變化或被遮蔽區域，使得控制方案更加靈活；第四，物方空間的矢量特征具有更多的屬性和語義信息，這些信息能夠增加冗余性并且提高影像處理的穩定性；第五，在人造環境中存在大量的矢量特征，矢量特征還可以直接從現有的地理空間數據中提取，如地理信息系統數據庫、大比例尺地圖和地面移動制圖系統等，這些方式都能夠大幅地削減地面控制工作的強度。

綜上可知，在光學對地觀測衛星的在軌成像幾何模型中，非嚴格的數學模型相比于嚴格的傳感器模型具有明顯優勢，且現有的兩類模型均受控制點特征的制約。因此，結合矢量特征的固有優勢，構建基于矢量特征的嚴密數學模型是更優化的成像幾何模型設計思路。其難點在于對矢量特征的模型描述，像方和物方空間中嚴密數學成像幾何關系的構建，以及模型參數的整體最優解算方法。

公開內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種基于矢量特征的衛星成像幾何精化模型的構建方法，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案