[發明專利]一種基于平均高程面的影像快速幾何預處理方法

在審

• 申請號: 202010121589.6
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111369453A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 金淑英;王密;張致齊;楊芳;劉思遠
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種基于平均高程面的影像快速幾何預處理方法，其特征在于，包括：

步驟1、由對地觀測衛星光學傳感器通過線陣推掃成像方式獲取影像，且經過傳感器校正處理；同時利用成像過程中的行時、姿態、軌道等輔助數據和相機定標系數計算了傳感器校正影像對應的有理多項式模型系數；其中，傳感器校正影像對應的有理多項式模型是指：傳感器影像點的二維坐標(x,y)與地球表面點的三維坐標(L,B,H)之間的數學關系式，該數學關系式的具體形式是兩個三次多項式之比，故稱為有利多項式；

步驟2、將傳感器校正影像對應的有理多項式模型系數轉換成系統幾何糾正影像對應的有理多項式模型系數；轉換前的像方坐標對應于傳感器校正影像坐標(x1,y1)，轉換后的像方坐標對應于平均高程面上的系統幾何糾正影像坐標(x2,y2)；這兩種像方坐標之間存在如下關系；

x1＝Fx(L,B,H),y1＝Fy(L,B,H) 公式(1)

x1＝Fx(L,B,H),y1＝Fy(L,B,H) 公式(1)

其中：公式(1)右側(L,B,H)表示對應的高程面H上的點的物方坐標是(L,B)，Fx,Fy是傳感器校正影像對應的有理多項式模型系數；公式(2)中系統幾何糾正影像對應于平均高程面H0，物方坐標是(L,B)，其中左上角點的物方坐標是(L0,B0)，兩個方向上的采樣間隔分別是(dL,dB)；

步驟3、對原始影像進行基于平均高程面上的系統幾何糾正；系統幾何糾正后的影像左上角點對應的物方坐標是(L0,B0)，在兩個方向上的采樣間隔是(dL,dB)，每個像點(x2,y2)的物方坐標(L,B)都是已知的；系統幾何糾正后的影像同時也是平均高程面H0上的影像；因此，據原始影像的幾何成像模型，由平均高程面H0上的物方坐標(L,B)反算其原始像方坐標，再進行灰度重采樣，得到平均高程面上的系統幾何糾正影像。

2.根據權利要求1所述的一種基于平均高程面的影像快速幾何預處理方法，其特征在于，步驟2中，根據(x1,y1)求(x2,y2)的過程如下；

步驟2.1、根據公式(1)由(x1,y1)求平均高程面H0上的物方坐標(L,B)；

步驟2.2、求出物方坐標(L,B)的最大最小范圍，得到左上角點坐標(L0,B0)；

步驟2.3、根據用戶指定的采樣間隔(dL,dB)，由公式(2)求得(x2,y2)。

3.根據權利要求2所述的一種基于平均高程面的影像快速幾何預處理方法，其特征在于，步驟2.1中，根據有理多項式模型系數，可由點在平均高程面H0上的物方坐標(B,L)求點的像方坐標(x1,y1)，這就是公式(1)；反之，也可由點的像方坐標(x1,y1)求得其在平均高程面H0上的物方坐標(B,L)，這個過程需要迭代，具體如下

1)設置迭代次數為i，物方坐標為(Lⁱ,Bⁱ)；(其中當i＝0時，物方坐標初值為有理多項式模型系數中的兩個物方坐標歸一化平移系數)；

2)根據公式(1)計算對應的像方坐標誤差dx＝x1-x1ⁱ,dy＝y1-y1ⁱ，其中x1ⁱ＝Fx(Lⁱ,Bⁱ,H0),y1ⁱ＝Fy(Lⁱ,Bⁱ,H0)；

3)列出誤差方程式其中分別是公式(1)對x,y對L,B求偏導數的結果；

4)誤差方程求解，得到物方坐標的改正數dL,dB；

5)更新物方坐標Lⁱ⁺¹＝Lⁱ+dL,Bⁱ⁺¹＝Bⁱ+dB；

6)判斷物方坐標改正數的絕對值是否小于給定的閾值；如果是，輸出新的物方坐標；否則，令迭代次數i＝i+1，重復上述2)～6)步驟直至滿足迭代結束條件。

4.根據權利要求1所述的一種基于平均高程面的影像快速幾何預處理方法，其特征在于，步驟3采用典型的間接法幾何糾正法，具體包括：

步驟3.1計算原始影像四個角點(x,y)對應的平均高程面H0上的物方坐標(L,B)，求四個角點物方坐標的最小外接矩形范圍；

步驟3.2、對物方坐標范圍內的每個像點，由物方坐標(L,B)反算其原始像方坐標(x,y)；

步驟3.3、根據原始像方坐標(x,y)在原始影像上進行灰度重采樣，得到平均高程面H0上的系統幾何糾正影像。