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      一種基于投影軌跡法的線陣衛(wèi)星遙感影像核線影像生成方法

      文檔序號(hào):6240771閱讀:1182來(lái)源:國(guó)知局
      一種基于投影軌跡法的線陣衛(wèi)星遙感影像核線影像生成方法
      【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及線陣推掃式衛(wèi)星遙感影像處理技術(shù),屬于攝影測(cè)量與遙感【技術(shù)領(lǐng)域】。特別是一種基于投影軌跡法的線陣衛(wèi)星遙感影像核線影像生成方法。本方法以傳統(tǒng)框幅式中心投影影像核線理論為基礎(chǔ),針對(duì)線陣推掃式立體成像的特點(diǎn),以投影軌跡法核線模型為基礎(chǔ),提出了一種簡(jiǎn)便的近似嚴(yán)格的核線影像生成方法。該方法運(yùn)算簡(jiǎn)單,無(wú)任何輔助數(shù)據(jù),并且可以高精度地生成線陣推掃式遙感衛(wèi)星影像的立體核線影像對(duì),有效地滿足后續(xù)遙感數(shù)據(jù)處理的需求。
      【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于投影軌跡法的線陣衛(wèi)星遙感影像核線影像生成方法

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及線陣衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)處理,屬于攝影測(cè)量與遙感【技術(shù)領(lǐng)域】。特別是一種基于投影軌跡法的線陣衛(wèi)星遙感影像核線影像生成方法。

      【背景技術(shù)】
      [0002]利用星載線陣推掃式傳感器獲取遙感影像,實(shí)現(xiàn)立體量測(cè)是遙感應(yīng)用的一個(gè)重要方面。法國(guó)的SPOT衛(wèi)星、美國(guó)的IKONOS衛(wèi)星、我國(guó)的“天繪一號(hào)”和“資源三號(hào)”衛(wèi)星都載有線陣推掃式傳感器。這是目前對(duì)地觀測(cè)十分有效的傳感器,具有很好的應(yīng)用前景。線陣推掃式遙感影像具有“行中心投影”的特點(diǎn),各掃描行都有它自身的外方位元素,但相鄰掃描行的外方位元素之間又有著緊密的聯(lián)系。同框幅式中心投影影像相比,線陣推掃式影像具有獨(dú)特的輻射和幾何特性,因此那些傳統(tǒng)的適用于框幅式中心投影立體成像的模型與方法已不再普遍適用。
      [0003]核線是立體攝影測(cè)量中分析立體像對(duì)幾何關(guān)系的一個(gè)基本概念。70年代初,美國(guó)攝影測(cè)量學(xué)者U.V.Helava等提出了一維核線相關(guān)的概念,核線的作用才在攝影測(cè)量自動(dòng)化的研究中受到重視。從立體影像上提取三維信息,一個(gè)最重要的約束條件就是核線約束,我們?cè)诶没叶葓D像自動(dòng)尋找同名像點(diǎn)時(shí),只需在同名核線上進(jìn)行一維搜索即可。許多現(xiàn)有的匹配算法都利用這個(gè)約束條件來(lái)限制匹配的搜索空間以縮短匹配時(shí)間和提高匹配結(jié)果的可靠性。盡管核線的關(guān)系在立體圖像處理中非常有用,但是對(duì)于線陣推掃式遙感影像來(lái)說(shuō),其幾何關(guān)系比框幅式中心投影影像復(fù)雜得多,因此它不可能像常規(guī)的框幅式中心投影影像那樣具有嚴(yán)格的核線定義。因此對(duì)于線陣推掃式遙感影像,研究建立核線的理論基礎(chǔ)和核線的應(yīng)用技術(shù)既有理論意義,也有實(shí)用價(jià)值。
      [0004]針對(duì)上述情況,許多攝影測(cè)量工作者做了不懈努力,試圖建立線陣推掃式影像的核線模型。早在上世紀(jì)80年代末,張祖勛、周月琴就針對(duì)SPOT異軌立體影像提出基于同名像點(diǎn)坐標(biāo)多項(xiàng)式擬合的近似核線生成方法。Taejung Kim對(duì)基于嚴(yán)格模型的投影軌跡法進(jìn)行了深入地分析,明確了核曲線的形狀,同時(shí)得出核曲線在一定范圍內(nèi)似直線的特性,為后續(xù)的核線應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。Michel Morgan等根據(jù)高分辨率衛(wèi)星影像成像視場(chǎng)角小的特點(diǎn),提出基于平行投影模型的近似核線生成方法。胡芬利用投影軌跡法獲取核線在基準(zhǔn)面上的方向,沿著核線方向進(jìn)行投影以獲取近似核線。利用該方法可以直接由立體影像的定向參數(shù)建立原始影像和核線影像之間的嚴(yán)格坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系,利用對(duì)應(yīng)關(guān)系可以生成核線影像。張過(guò)提出基于有理函數(shù)模型,利用投影軌跡法制作線陣推掃式衛(wèi)星核線影像及其幾何模型的重建方法??偟膩?lái)說(shuō),上述方法還存在一些不足:①大部分是一種近似的方法,僅對(duì)最終的結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià),整個(gè)過(guò)程缺乏定量分析;②核線采樣需要一些輔助數(shù)據(jù)的支撐,或者需要DEM數(shù)據(jù),或者需要重建核線影像的幾何模型,核線采樣過(guò)程復(fù)雜。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005]本發(fā)明針對(duì)線陣推掃式遙感衛(wèi)星影像,在定量分析和總結(jié)基于投影軌跡法的核線模型特性的基礎(chǔ)上,提出了一種基于投影軌跡法的線陣衛(wèi)星遙感影像核線影像生成方法。
      [0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于投影軌跡法的線陣衛(wèi)星遙感影像核線影像生成方法,步驟如下:
      [0007](I)根據(jù)立體遙感影像提供的RPC參數(shù)可以得到影像范圍內(nèi)實(shí)地的地形起伏,包括最大的高程值hmax和最小的高程值hmin ;
      [0008](2)從立體像對(duì)左影像的第I列或者行開(kāi)始,這里選擇列或者行的依據(jù)是根據(jù)核線的方向與影像行和影像列的夾角大小來(lái)確定,如果核線的方向與列方向夾角小,則取影像列方向,如果核線的方向與行方向夾角小,則取影像行方向,選擇列或者行方向的中心像點(diǎn)(q),利用投影軌跡法將中心像點(diǎn)(q)和左像投影中心(S)確定的光線投影到右像上,投影這條光線上高程為最大高程hmax和最小高程hmin的兩個(gè)物方點(diǎn)(QjPQ2)到右像上,確定兩個(gè)像點(diǎn)(?’和q’ 2);
      [0009](3)判斷右像上兩個(gè)像點(diǎn)(q/和q’2)是否在右像的像幅范圍內(nèi),如果不在則返回(I),繼續(xù)從下一列或者行開(kāi)始;如果在,則根據(jù)這兩點(diǎn)確定一條直線(I’),記錄直線方程參數(shù) a’ x+b’ y+c’ = O ;
      [0010](4)確定右像上兩個(gè)像點(diǎn)(?’和q’ 2)的中點(diǎn)(q’ 3),利用投影軌跡法將中點(diǎn)(q’ 3)和右像投影中心(S’)和確定的光線投影到左像上,投影這條光線上高程為hmax和hmin的兩個(gè)物方點(diǎn)(QjPQ4)到左像,確定兩個(gè)像點(diǎn)(qjPq4);
      [0011](5)判斷兩個(gè)像點(diǎn)(q3和q4)是否在左像的像幅范圍內(nèi),如果不在則返回步驟
      (I),繼續(xù)從下一列或者行開(kāi)始;如果在,則根據(jù)這兩點(diǎn)確定一條直線(I),記錄直線方程參數(shù) ax+by+c = O ;
      [0012](6)確定兩條同名核線的直線方程后,利用左右像上的直線(I和1’),分別在左像和右像內(nèi)沿直線進(jìn)行重采樣,即可獲得左像和右像核線影像上的第一行或者列;
      [0013](7)返回步驟(I)重復(fù)進(jìn)行,直到確定核線影像上的最后一行或者列;
      [0014](8)對(duì)左像和右像,記錄各自若干直線方程的參數(shù),形成一個(gè)參數(shù)文件,利用這個(gè)參數(shù)文件可以實(shí)現(xiàn)核線影像坐標(biāo)到原始影像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化。
      [0015]實(shí)驗(yàn)表明該方法運(yùn)算簡(jiǎn)單,無(wú)任何輔助數(shù)據(jù),并且可以高精度地生成線陣推掃式遙感衛(wèi)星影像的立體核線影像對(duì),有效地滿足后續(xù)遙感數(shù)據(jù)處理的需求。

      【專(zhuān)利附圖】

      【附圖說(shuō)明】
      [0016]圖1是投影軌跡法核線模型。其中Q為地面點(diǎn),S(Xs,Ys,Zs)和S’(X’s,Ys’,z’s)分別為左像和右像的投影中心,一條光線由地面點(diǎn)Q出發(fā),經(jīng)過(guò)左像投影中心S (Xs,Ys, Zs),在左像上成像點(diǎn)q,這條光線上的任意一點(diǎn)Q’ (X, Y, Z)均可唯一投影到右影像上,這些點(diǎn)的投影軌跡將在右像上形成一條曲線,這條曲線我們稱(chēng)之為q的核線。q,為q的同名點(diǎn),顯然位于這條曲線上。
      [0017]圖2是核線采樣示意圖。I為左像上某一列(行),q為I上一像點(diǎn),S和S’分別為左像和右像的投影中心,hmax、hmin分別為影像范圍內(nèi)的最大高程和最小高程值,Q1, Q2分別為像點(diǎn)q和投影中心S連線與最大高程、最小高程的交點(diǎn),q/,q’ 2為Q1, Q2在右像上的兩個(gè)像點(diǎn),q’ 3為q/,q’ 2的中點(diǎn),Q3, Q4分別為像點(diǎn)q3’和投影中心連線與最大高程、最小高程的交點(diǎn),q3,Q4為Q3, Q4在左像上的兩個(gè)像點(diǎn)。

      【具體實(shí)施方式】
      [0018]1、基于投影軌跡法核線模型基本原理
      [0019]如圖1所示,一條光線從地面點(diǎn)Q出發(fā),經(jīng)過(guò)左像的投影中心S (Xs,Ys, Zs)成像于左像上的q點(diǎn),如果把這條光線上的每一個(gè)點(diǎn)都投影到右像上,那么這些點(diǎn)的投影軌跡將在右像上形成一條曲線,這條曲線我們稱(chēng)之為q的核線。如果q'為q的同名點(diǎn),顯然它總是位于這條曲線上。這就是基于投影軌跡法的核線模型。
      [0020]2、基于投影軌跡法的核線影像生成方法
      [0021](I)基本思想
      [0022]從基于投影軌跡法的核線模型定量分析的結(jié)論知,基于投影軌跡法的核線模型與傳統(tǒng)的核線模型特性類(lèi)似,具有良好的近似直線特性和共軛特性:對(duì)于不同類(lèi)型的遙感影像,在像幅范圍內(nèi),直線的近似特性是可以滿足子像素的處理要求,因此在像幅范圍內(nèi),可以把該核曲線的模型看作直線來(lái)進(jìn)行處理;對(duì)于不同類(lèi)型的遙感影像,在像幅范圍內(nèi),在核線近似直線特性的支持下,核線的共軛特性也是可以滿足子像素的處理要求,因此在像幅范圍內(nèi),利用該核曲線可以實(shí)現(xiàn)影像匹配的過(guò)程由二維向一維簡(jiǎn)化。利用這兩條結(jié)論,借鑒傳統(tǒng)框幅式遙感影像直接在傾斜相片上采集核線影像的方法逐行(列)進(jìn)行核線采集,獲得完整的核線影像。
      [0023]根據(jù)上述核線模型,如圖2所示,已知左像上的一個(gè)像點(diǎn)q,首先根據(jù)投影軌跡法將該某一行上的中心像點(diǎn)和左像投影中心確定的光線投影到右像上,形成一條曲線I’ ;其次擬合一條直線用于近似描述該曲線,這條直線就是右像上的核線,按照直線I’的方程分別在右原始影像上采樣,就形成右像對(duì)應(yīng)核線影像的一行;然后選擇這條直線段的中點(diǎn)像點(diǎn)q’ 3,同樣根據(jù)投影軌跡法將該像點(diǎn)和右像投影中心投影到左像上,形成一條曲線,擬合該曲線確定左像上的一條直線,這條直線就是與I’對(duì)應(yīng)的核線1,按照直線I的方程分別在左原始影像上采樣,就形成左像核線影像的一行;最后記錄I和I’的直線方程參數(shù),利用該參數(shù)即可將核線影像坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為原始影像的坐標(biāo);如果遍歷所有的影像行,即可獲取完整的核線影像。
      [0024](2)方法步驟
      [0025]①根據(jù)立體遙感影像提供的RPC參數(shù)可以得到影像范圍內(nèi)實(shí)地的地形起伏,包括最大的聞程值hmax和最小的聞程值hmin ;
      [0026]②從立體像對(duì)左影像的第I列(行)開(kāi)始(這里選擇列或者行的依據(jù)是根據(jù)核線的方向與影像行和影像列的夾角大小來(lái)確定,如果核線的方向與列方向夾角小,則取影像列方向,如果核線的方向與行方向夾角小,則取影像行方向),選擇列(行)方向的中心像點(diǎn)q,利用投影軌跡法將q和左像投影中心S確定的光線投影到右像上,考慮運(yùn)算量,只需投影這條光線上高程為hmax和hmin的兩個(gè)物方點(diǎn)Q1和Q2到右像上,確定兩個(gè)像點(diǎn)q/和q’ 2 ;
      [0027]③判斷q/和q’ 2是否在右像的像幅范圍內(nèi)。如果不在則返回第一步,繼續(xù)從下一列(行)開(kāi)始;如果在,則根據(jù)這兩點(diǎn)確定一條直線I’,記錄直線方程參數(shù)a’ x+b’ y+c’ =O ;
      [0028]④確定右像上q/和q’2的中點(diǎn)q’3,利用投影軌跡法將9’3和右像投影中心S’和確定的光線投影到左像上,考慮運(yùn)算量,只需投影這條光線上高程為hmax和hmin的兩個(gè)物方點(diǎn)Q3和Q4到左像,確定兩個(gè)像點(diǎn)q3和q4 ;
      [0029]⑤判斷q3和q4是否在左像的像幅范圍內(nèi)。如果不在則返回(I),繼續(xù)從下一列(行)開(kāi)始;如果在,則根據(jù)這兩點(diǎn)確定一條直線1,記錄直線方程參數(shù)ax+by+c = O ;
      [0030]⑥確定兩條同名核線的直線方程后,利用左右像上的直線方程I和I’,分別在左右像內(nèi)沿直線進(jìn)行重采樣,即可獲得左像和右像核線影像的第一行;
      [0031]⑦返回第一步重復(fù)進(jìn)行,直到確定核線影像上的最后一行;
      [0032]⑧對(duì)左像和右像,記錄各自若干直線方程的參數(shù),形成一個(gè)參數(shù)文件。利用這個(gè)參數(shù)文件可以實(shí)現(xiàn)核線影像坐標(biāo)到原始影像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化。
      [0033]核線影像坐標(biāo)與原始影像的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系如公式⑴: y = epiηnith - X —I
      < X = -—y — -- ,(1- O…/7 -1 )(.v = 0...height — I)
      Qi a
      y=i(I)
      [0034]其中,X和y表示原始影像的像素坐標(biāo)值,分別為列數(shù)和行數(shù);X’和y’表示核線影像的像素坐標(biāo)值,分別為列數(shù)和行數(shù);epiwidth表示核線影像的寬度;height表示原始影像的高度;n表示核線方程的個(gè)數(shù),i表示直線的編號(hào),ai; bi; Ci表示直線方程的參數(shù)。
      【權(quán)利要求】
      1.一種基于投影軌跡法的線陣衛(wèi)星遙感影像核線影像生成方法,其特征在于:步驟如下: (1)根據(jù)立體遙感影像提供的RPC參數(shù)可以得到影像范圍內(nèi)實(shí)地的地形起伏,包括最大的高程值hmax和最小的高程值hmin ; (2)從立體像對(duì)左影像的第I列或者行開(kāi)始,這里選擇列或者行的依據(jù)是根據(jù)核線的方向與影像行和影像列的夾角大小來(lái)確定,如果核線的方向與列方向夾角小,則取影像列方向,如果核線的方向與行方向夾角小,則取影像行方向,選擇列或者行方向的中心像點(diǎn)(q),利用投影軌跡法將中心像點(diǎn)(q)和左像投影中心(S)確定的光線投影到右像上,投影這條光線上高程為最大高程hmax和最小高程hmin的兩個(gè)物方點(diǎn)(QjPQ2)到右像上,確定兩個(gè)像點(diǎn)(Q1,和q’ 2); (3)判斷右像上兩個(gè)像點(diǎn)(q/和q’2)是否在右像的像幅范圍內(nèi),如果不在則返回(1),繼續(xù)從下一列或者行開(kāi)始;如果在,則根據(jù)這兩點(diǎn)確定一條直線(I’),記錄直線方程參數(shù)a,x+b,y+c,= O ; (4)確定右像上兩個(gè)像點(diǎn)(q/和q’2)的中點(diǎn)(q’3),利用投影軌跡法將中點(diǎn)(q’3)和右像投影中心(S’)確定的光線投影到左像上,只需投影這條光線上高程為hmax和hmin的兩個(gè)物方點(diǎn)(QjPQ4)到左像,確定兩個(gè)像點(diǎn)(qjPq4); (5)判斷兩個(gè)像點(diǎn)(%和%)是否在左像的像幅范圍內(nèi),如果不在則返回步驟(1),繼續(xù)從下一列或者行開(kāi)始;如果在,則根據(jù)這兩點(diǎn)確定一條直線(I),記錄直線方程參數(shù)ax+by+c = O ; (6)確定兩條同名核線的直線方程后,利用左右像上的直線(I和I’),分別在左像和右像內(nèi)沿直線進(jìn)行重采樣,即可獲得左像和右像核線影像上的第一行或者列; (7)返回步驟(I)重復(fù)進(jìn)行,直到確定核線影像上的最后一行或者列; (8)對(duì)左像和右像,記錄各自若干直線方程的參數(shù),形成一個(gè)參數(shù)文件,利用這個(gè)參數(shù)文件可以實(shí)現(xiàn)核線影像坐標(biāo)到原始影像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化。
      【文檔編號(hào)】G01C11/00GK104197898SQ201410468303
      【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
      【發(fā)明者】鞏丹超, 李綱, 韓軼龍, 張麗, 靳笑琳, 周瑜, 黃艷, 胡玲 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部測(cè)繪研究所
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