專利名稱：遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的一種要素分解組合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的一種要素分解組合方法，屬于航天遙感的評價定標技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
國產(chǎn)陸地觀測衛(wèi)星產(chǎn)品的幾何質(zhì)量經(jīng)過10年的發(fā)展，已經(jīng)大幅提高，但相比于部分國外同類衛(wèi)星仍然有些差距。對此，需要從成像全鏈路上探討幾何偏差的來源。由于最終產(chǎn)品本身的幾何偏差包含了全鏈路上的各種因素的綜合影響，所以如何對總偏差進行分解和組合，找到有規(guī)律的系統(tǒng)偏差，將會成為提高幾何質(zhì)量的重要途徑。在以往推掃式VOTR相機的在軌測評定標技術(shù)中，將幾何偏差孤立的分為外部幾何偏差和內(nèi)部幾何偏差，這對于上述問題的分析打下了一定基礎(chǔ)，但也有其缺陷無法全面準確估計幾何定位偏差的系統(tǒng)性規(guī)律，將姿態(tài)、軌道數(shù)據(jù)偏差與其它內(nèi)方位元素偏差分離， 也就難以給出精度較高的幾何校正模型。雖然傳統(tǒng)航測膠片式相機影像相對幾何偏差規(guī)律和來源有其分析方法，但衛(wèi)星遙感中推掃式相機有其自己的特點，這些方法不能照搬。為此，要在此基礎(chǔ)上，找到更合適的評價分析方法，進一步將兩者的評價指標與方法擴展和細分，并進行綜合的統(tǒng)計分析和畫圖。通過這樣的技術(shù)手段，來準確描述幾何定位偏差來源的性質(zhì)，分離出系統(tǒng)部分，從而為數(shù)據(jù)處理模型的修正提供直接依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的一種要素分解組合方法，該方法剔除了高差影響，并且通過與理論上成像幾何參數(shù)偏差引起的幾何定位偏差分布規(guī)律圖相對照，全面、準確的定位出成像系統(tǒng)偏差來源。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的一種要素分解組合方法，步驟如下(1)選取樣本評價圖像和參考標準地圖，選取的地形要求為圖像區(qū)域內(nèi)高差造成的視差要小于一個象元；(2)選取評測要素，確定將絕對幾何定位偏差和相對幾何偏差兩方面評測內(nèi)容進行聯(lián)合評測；絕對幾何定位偏差的要素包括樣本評價圖像的景中心絕對幾何定位偏差、整景圖像上各控制點絕對幾何定位偏差；相對幾何偏差包括兩部分一是各個控制點相對于景中心的幾何距離偏差和旋轉(zhuǎn)角度偏差，其中相對于景中心的幾何距離偏差分解為垂軌和沿軌兩個方向的要素；二是沿軌、垂軌、左對角線和右對角線4個方向控制點間的相對距離偏差；(3)在樣本評價圖像和參考標準地圖上選取位置穩(wěn)定、特征明顯的同名控制點，控制點數(shù)量至少20對；(4)利用各個樣本評價圖像及其參考標準地圖上選擇的同名控制點對，聯(lián)合測算絕對幾何定位偏差和相對幾何偏差的各項要素；
(5)將評測要素的結(jié)果進行統(tǒng)計，并分別進行可視化表達；(6)將步驟(5)中的可視化表達結(jié)果與成像幾何參數(shù)偏差引起的幾何定位偏差分布規(guī)律圖相對照，選擇與可視化圖上偏差方向和正負趨勢一致的規(guī)律圖，將該規(guī)律圖所對應(yīng)的成像幾何參數(shù)定位為成像系統(tǒng)偏差來源，完成遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的要素分解組合分析。所述步驟(1)所述的樣本評價圖像的時空范圍要求至少涉及同軌同時相數(shù)據(jù)、不同軌不同時相數(shù)據(jù)和同軌不同時相的數(shù)據(jù)。所述步驟(3)中控制點的分布盡可能呈矩陣分布。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明首先根據(jù)目前國內(nèi)陸地觀測衛(wèi)星當前產(chǎn)品的幾何質(zhì)量特點，提出了樣本評價圖像選擇的地形要求，剔除了高差對評測結(jié)果的影響，從而只留下衛(wèi)星與相機本身的成像幾何參數(shù)偏差的影響，用符合該要求樣本評價圖像進行評測，有利于衛(wèi)星圖像產(chǎn)品質(zhì)量改進人員忽略地形這一固有的影響，將注意力集中于衛(wèi)星與相機本身的成像幾何參數(shù)系統(tǒng)偏差，從而為改進處理模型和處理系統(tǒng)提供依據(jù)；其次，將傳統(tǒng)上孤立的絕對幾何定位偏差和相對幾何定位偏差兩方面評測內(nèi)容進行聯(lián)合評測與分析，為將成像幾何上的絕對幾何偏差和相對幾何偏差綜合分析考慮，有助于全面準確的定位成像幾何參數(shù)偏差的系統(tǒng)性規(guī)律；再次，根據(jù)理論上的成像幾何參數(shù)偏差引起的幾何定位偏差分布規(guī)律圖，將評測要素中傳統(tǒng)的相對于景中心的幾何距離偏差進一步細化，分解為垂軌和沿軌兩個方向的要素， 在對照分析成像幾何參數(shù)系統(tǒng)偏差時更加直觀，有利于區(qū)分相機畸變模型和相機內(nèi)方位元素的系統(tǒng)偏差。(2)本發(fā)明提出了樣本評價圖像在時空范圍方面的要求，可使評測結(jié)果充分反映衛(wèi)星或相機成像幾何模型與參數(shù)在時空上的穩(wěn)定性，鑒定所定位的成像幾何系統(tǒng)偏差在圖像質(zhì)量改進方面的適用性，同時更多樣的樣本可以更好的優(yōu)化成像幾何模型，獲取最佳的圖像質(zhì)量。(3)本發(fā)明提出的矩陣分布要求，充分考慮了各個評測要素在圖像上的空間范圍， 保證各要素計算的控制點足夠的同時，避免控制點的冗余，減少選擇控制點的工作量。(4)本發(fā)明改進傳統(tǒng)衛(wèi)星圖像質(zhì)量評價結(jié)果分析方法，與理論上成像幾何參數(shù)偏差引起的幾何定位偏差分布規(guī)律圖相對照，為成像幾何參數(shù)偏差的定位提供了更加可靠、 直觀的依據(jù)。


圖1為本發(fā)明流程圖2為本發(fā)明高差對X衛(wèi)星CXD產(chǎn)品幾何畸變影響的示意圖3為本發(fā)明控制點大致分布示意圖4為本發(fā)明元素分解法圖示；
圖5為本發(fā)明各控制點絕對幾何偏差矢量；
圖6為本發(fā)明各控制點相對景中心幾何偏差百分比；
圖7為本發(fā)明各控制點相對于景中心的旋轉(zhuǎn)角偏差散點圖8為本發(fā)明各控制點相對景中心的幾何偏差矢量分解示意圖
圖9為本發(fā)明初始X-CXD系統(tǒng)幾何校正產(chǎn)品的畸變偏差規(guī)律分析圖，其中a為相對景中心幾何偏差分解前的總偏差矢量，b為相對景中心幾何偏差分解后的垂軌偏差，c為相對景中心幾何偏差分解后的沿軌偏差；圖10為本發(fā)明景中心C確定方法；圖11為焦面χ方向偏心導(dǎo)致的相對景中心偏差特點示意圖；圖12為焦面Y方向偏心導(dǎo)致的相對景中心偏差特點示意圖(對于推掃相機，該影響為零)；圖13為焦面距離或軌道高度偏差或相機徑向畸變導(dǎo)致的相對景中心偏差特點示意圖；圖14為偏航角偏差或相機旋轉(zhuǎn)角畸變偏差導(dǎo)致的相對景中心偏差特點示意圖；圖15為滾角偏差導(dǎo)致的相對景中心偏差特點示意圖；圖16為俯仰角偏差導(dǎo)致的相對景中心偏差特點示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細介紹本發(fā)明的實現(xiàn)過程，如圖1所示，本發(fā)明步驟具體如下(1)選取樣本評價圖像和參考標準地圖，選取的地形要求為圖像區(qū)域內(nèi)高差造成的視差要小于一個象元；評價分析所用的樣本評價圖像與參考標準地圖的屬性對于后續(xù)結(jié)果分析的準確性很重要。根據(jù)當前國內(nèi)陸地觀測衛(wèi)星的技術(shù)水平，將高差閾值選擇標準定為高差引起該像點幾何位置偏移小于1個象元。實際操作過程中需要根據(jù)上述“圖像區(qū)域內(nèi)高差造成的視差要小于一個象元”的要求來反算圖像區(qū)域內(nèi)的高差值要求，根據(jù)該高差值要求選擇樣本評價圖像。具體操作過程如下根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)和掃描的模型，利用高差與其引起視差的關(guān)系式1和2，推算圖象最大視差點位置處地面高程對幾何畸變的影響，根據(jù)圖像區(qū)域內(nèi)高差造成的視差要小于一個象元的要求，計算在最大視角位置的最大高差要求。針對垂軌方向的幾何偏差規(guī)律，小于該高差值是選擇圖象的地形標準。=h =ADXtad式 2式1和2中各個參數(shù)的意義，詳見圖2，以X衛(wèi)星為例進行說明X衛(wèi)星高度為H，其 CXD右邊邊緣是最大視角e處，對高差影響最敏感，距星下點地面距離為R。通過公式1和 2可以計算當引起邊緣位置幾何偏移AD等于一個空間采樣距離GSD時的高差h，該高差h 作為圖像選擇時對高差規(guī)定的閾值。只要整景圖上的高程小于給定閾值，可以認為，整景圖的內(nèi)部幾何畸變中高差影響的部分小于1個象元，這樣就可以將高差影響從本次內(nèi)部幾何偏移畸變因素分析中剝離出來。(2)選取評測要素，確定將絕對幾何定位偏差和相對幾何偏差兩方面評測內(nèi)容進行聯(lián)合評測；絕對幾何定位偏差的要素包括樣本評價圖像的景中心絕對幾何定位偏差、整景圖像上各控制點絕對幾何定位偏差；相對幾何定位偏差包括兩部分一是各個控制點相對于景中心的幾何距離偏差和旋轉(zhuǎn)角度偏差，其中相對于景中心的幾何距離偏差分解為垂軌和沿軌兩個方向的要素；二是沿軌、垂軌、左對角線和右對角線4個方向控制點間的相對距離偏差；表1幾何偏差評測要素表
權(quán)利要求
1.遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的一種要素分解組合方法，其特征在于步驟如下(1)選取樣本評價圖像和參考標準地圖，選取的地形要求為圖像區(qū)域內(nèi)高差造成的視差要小于一個象元；(2)選取評測要素，確定將絕對幾何定位偏差和相對幾何偏差兩方面評測內(nèi)容進行聯(lián)合評測；絕對幾何定位偏差的要素包括樣本評價圖像的景中心絕對幾何定位偏差、整景圖像上各控制點絕對幾何定位偏差；相對幾何偏差包括兩部分一是各個控制點相對于景中心的幾何距離偏差和旋轉(zhuǎn)角度偏差，其中相對于景中心的幾何距離偏差分解為垂軌和沿軌兩個方向的要素；二是沿軌、垂軌、左對角線和右對角線4個方向控制點間的相對距離偏差；(3)在樣本評價圖像和參考標準地圖上選取位置穩(wěn)定、特征明顯的同名控制點，控制點數(shù)量至少20對；(4)利用各個樣本評價圖像及其參考標準地圖上選擇的同名控制點對，聯(lián)合測算絕對幾何定位偏差和相對幾何偏差的各項要素；(5)將評測要素的結(jié)果進行統(tǒng)計，并分別進行可視化表達；(6)將步驟(5)中的可視化表達結(jié)果與成像幾何參數(shù)偏差引起的幾何定位偏差分布規(guī)律圖相對照，選擇與可視化圖上偏差方向和正負趨勢一致的規(guī)律圖，將該規(guī)律圖所對應(yīng)的成像幾何參數(shù)定位為成像系統(tǒng)偏差來源，完成遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的要素分解組合分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的一種要素分解組合方法，其特征在于所述步驟(1)所述的樣本評價圖像的時空范圍要求至少涉及同軌同時相數(shù)據(jù)、不同軌不同時相數(shù)據(jù)和同軌不同時相的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的一種要素分解組合方法，其特征在于所述步驟(3)中控制點的分布盡可能呈矩陣分布。
全文摘要
遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的一種要素分解組合方法，(1)選取樣本評價圖像和參考標準地圖，選取的地形要求為圖像區(qū)域內(nèi)高差造成的視差要小于一個象元；(2)確定將絕對幾何定位偏差和相對幾何偏差兩方面評測內(nèi)容進行聯(lián)合評測；(3)在樣本評價圖像和參考標準地圖上選取位置穩(wěn)定、特征明顯的同名控制點；(4)聯(lián)合測算絕對幾何定位偏差和相對幾何偏差的各項要素；(5)將評測要素的結(jié)果進行統(tǒng)計，并分別進行可視化表達；(6)將可視化表達結(jié)果與成像幾何參數(shù)偏差引起的幾何定位偏差分布規(guī)律圖相對照，選擇與可視化圖上偏差方向和正負趨勢一致的規(guī)律圖，將該規(guī)律圖所對應(yīng)的成像幾何參數(shù)定位為成像系統(tǒng)偏差來源，完成遙感產(chǎn)品幾何偏差評測的要素分解組合分析。
文檔編號G06K9/62GK102208029SQ201110145400
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者何善銘, 喻文勇, 孫吉娟, 鄭琎琎, 郝雪濤 申請人:中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心