基于多源遙感數(shù)據(jù)的在軌衛(wèi)星圖像幾何定位精度評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及遙感圖像評(píng)價(jià)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多源遙感數(shù)據(jù)的在軌衛(wèi)星圖像 幾何定位精度評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國內(nèi)遙感衛(wèi)星的迅速發(fā)展，衛(wèi)星圖像的圖幅越來越大。在對(duì)在軌圖像進(jìn)行幾 何定位精度評(píng)價(jià)時(shí)，需要將多景參考圖像拼接成一景參考圖像。然而，參考圖像庫是由來自 不同時(shí)相、不同傳感器和不同衛(wèi)星所拍攝的遙感圖像組成，使得拼接成的參考圖像呈現(xiàn)多 源化的特點(diǎn)。因此，在衛(wèi)星圖像和參考圖像之間提取精確且分布均勻控制點(diǎn)信息成為幾何 定位精度評(píng)價(jià)的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。
[0003] 在遙感圖像成像過程中，由于成像投影方式、傳感器外方位元素變化、傳感介質(zhì)不 均勻以及地形起伏和地球旋轉(zhuǎn)或曲率等變化因素的影響，采集的遙感圖像相對(duì)于實(shí)際地表 目標(biāo)存在一定的幾何形變，因此遙感圖像在應(yīng)用前必須進(jìn)行幾何校正。然而，遺憾的是幾何 校正的精確度往往非常有限，導(dǎo)致系統(tǒng)誤差糾正后圖像上還存在難以預(yù)測(cè)的剩余形變。所 以，有必要對(duì)幾何校正后圖像的幾何精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并用以指導(dǎo)后續(xù)的幾何精校正。評(píng)價(jià)遙 感圖像幾何精度需要借助地面控制點(diǎn)（GroundControlPoint，GCP)，GCP的傳統(tǒng)采集方 式，是由人工對(duì)照在軌衛(wèi)星圖像和參考圖像來完成的，GCP精度依賴于采集者個(gè)人的認(rèn)識(shí)水 平和技能。傳統(tǒng)的人工采集方式不僅耗時(shí)長、精度低，而且嚴(yán)重影響幾何精度評(píng)價(jià)效率。因 此，如何采用自動(dòng)化的方法提高獲取控制點(diǎn)的數(shù)目和精度，是當(dāng)前遙感圖像評(píng)價(jià)有待解決 的一個(gè)關(guān)鍵問題。
[0004] 近年來，國內(nèi)外研究學(xué)者在自動(dòng)提取控制點(diǎn)方面做了大量的研究工作，控制點(diǎn)提 取技術(shù)主要分為基于像素的方法和基于特征的方法兩大類。前者直接利用灰度值來進(jìn)行相 關(guān)性度量，該類方法直觀且容易實(shí)現(xiàn)，但是計(jì)算量大，對(duì)光照和畸變比較敏感。后者提取圖 像中含有圖像重要特征的特征點(diǎn)，并通過相似性度量進(jìn)行匹配，該類方法操作簡單、匹配速 度快、精度高。近年來的研究熱點(diǎn)主要包括Harris算子、F5rstner算子、尺度不變特征變 換特征點(diǎn)檢測(cè)方法[6]和加速穩(wěn)健特征（SpeededUpRobustFeatures,Surf)算法。由于 目前遙感圖像圖幅越來越大，對(duì)遙感圖像進(jìn)行幾何精度評(píng)價(jià)時(shí)，通常需將該圖像所對(duì)應(yīng)的 多幅多源參考圖像(包括不同光譜、時(shí)相、分辨率或傳感器所拍攝的遙感圖像）拼接成一幅 參考圖像。此類參考圖像的灰度信息存在較大的差異，并且在軌圖像存在定位精度誤差和 多種畸變(一般為旋轉(zhuǎn)、拉伸和平移等)，這些因素加大了控制點(diǎn)的提取難度，從而，基于像 素的方法已經(jīng)不適用，同時(shí)基于特征的方法也不能滿足需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有幾何定位精度評(píng)價(jià)技術(shù)的不足，針對(duì)多源遙感圖像， 提出基于整體最優(yōu)的兩級(jí)匹配策略(粗匹配與精匹配相結(jié)合）提取在軌圖像與多源參考圖 之間的控制點(diǎn)信息。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種基于多源遙感數(shù)據(jù)的在軌衛(wèi)星圖像幾何定位 精度評(píng)價(jià)方法，步驟如下： 1. 針對(duì)待評(píng)圖像，在參考圖像庫中搜索對(duì)應(yīng)的參考圖像集，然后，將參考圖像集投影到 同一地球橢球體、同一大地基準(zhǔn)面以及同一地面分辨率下，最后對(duì)參考圖像集進(jìn)行拼接得 到參考圖像1 ; 2. 將待評(píng)圖像和參考圖像1按照同比率進(jìn)行下采樣，然后對(duì)兩幅圖像進(jìn)行輻射增強(qiáng)， 得到待評(píng)圖像1和參考圖像2; 3. 針對(duì)待評(píng)圖像1和參考圖像2,使用Surf算法提取同名控制點(diǎn)對(duì)，并采用対極幾何 約束剔除誤匹配的控制點(diǎn)，得到控制點(diǎn)對(duì)集合A; 4. 根據(jù)步驟3提取出來的控制點(diǎn)對(duì)集合A，建立待評(píng)圖像和參考圖像1兩幅圖像的整 體幾何關(guān)系，并按照該幾何關(guān)系對(duì)待評(píng)圖像進(jìn)行幾何關(guān)系補(bǔ)償，得到待評(píng)圖像2 ; 5. 針對(duì)待評(píng)圖像2和參考圖像2,首先對(duì)兩幅圖像進(jìn)行輻射增強(qiáng)，然后使用Surf算法 提取同名控制點(diǎn)對(duì)，最后采用対極幾何約束剔除誤匹配的控制點(diǎn)，得到最終的控制點(diǎn)對(duì)集 合B; 6. 根據(jù)控制點(diǎn)對(duì)集合B，計(jì)算待評(píng)圖像的外部幾何定位精度，同時(shí)篩選該圖像各個(gè)方 向的控制點(diǎn)對(duì)計(jì)算其內(nèi)部幾何定位精度。
[0007] 步驟1中所述的圖像投影轉(zhuǎn)換過程和基于參考圖像集的圖像拼接過程，具體步驟 如下： 1. 1根據(jù)待評(píng)圖像覆蓋區(qū)域的地理經(jīng)緯度范圍，搜索該圖像在參考圖像庫中所所對(duì)應(yīng) 的參考圖像集合，主要步驟如下： (1) 選擇參考圖像庫類型； (2) 根據(jù)待評(píng)圖像各像素點(diǎn)的地理經(jīng)緯度以及參考圖像庫類型計(jì)算參考圖庫中所對(duì)應(yīng) 的參考圖像集的文件名； (3) 根據(jù)參考圖像的文件名搜索參考圖像； 1. 2參考圖像集投影轉(zhuǎn)換，主要步驟如下： (1) 根據(jù)待評(píng)圖像左上角緯度，計(jì)算該圖像的投影帶標(biāo)號(hào)，公式如下： 其中，lat為待評(píng)圖像左上角緯皮；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多源遙感數(shù)據(jù)的在軌衛(wèi)星圖像幾何定位精度評(píng)價(jià)方法，其特征在于步驟如 下：
1. 針對(duì)待評(píng)圖像，在參考圖像庫中搜索對(duì)應(yīng)的參考圖像集，然后，將參考圖像集投影到 同一地球橢球體、同一大地基準(zhǔn)面以及同一地面分辨率下，最后對(duì)參考圖像集進(jìn)行拼接得 到參考圖像1 ;
2. 將待評(píng)圖像和參考圖像1按照同比率進(jìn)行下采樣，然后對(duì)兩幅圖像進(jìn)行輻射增強(qiáng)， 得到待評(píng)圖像1和參考圖像2;
3. 針對(duì)待評(píng)圖像1和參考圖像2,使用Surf算法提取同名控制點(diǎn)對(duì)，并采用対極幾何 約束剔除誤匹配的控制點(diǎn)，得到控制點(diǎn)對(duì)集合A;
4. 根據(jù)步驟3提取出來的控制點(diǎn)對(duì)集合A，建立待評(píng)圖像和參考圖像1兩幅圖像的整 體幾何關(guān)系，并按照該幾何關(guān)系對(duì)待評(píng)圖像進(jìn)行幾何關(guān)系補(bǔ)償，得到待評(píng)圖像2 ;
5. 針對(duì)待評(píng)圖像2和參考圖像2,首先對(duì)兩幅圖像進(jìn)行輻射增強(qiáng)，然后使用Surf算法 提取同名控制點(diǎn)對(duì)，最后采用対極幾何約束剔除誤匹配的控制點(diǎn)，得到最終的控制點(diǎn)對(duì)集 合B;
6. 根據(jù)控制點(diǎn)對(duì)集合B，計(jì)算待評(píng)圖像的外部幾何定位精度，同時(shí)篩選該圖像各個(gè)方 向的控制點(diǎn)對(duì)計(jì)算其內(nèi)部幾何定位精度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源遙感數(shù)據(jù)的在軌衛(wèi)星圖像幾何定位精度評(píng)價(jià)方法， 其特征在于：步驟1中所述的圖像投影轉(zhuǎn)換過程和基于參考圖像集的圖像拼接過程，具體 步驟如下： 1. 1根據(jù)待評(píng)圖像覆蓋區(qū)域的地理經(jīng)緯度范圍，搜索該圖像在參考圖像庫中所所對(duì)應(yīng) 的參考圖像集合，主要步驟如下： (1) 選擇參考圖像庫類型； (2) 根據(jù)待評(píng)圖像各像素點(diǎn)的地理經(jīng)緯度以及參考圖像庫類型計(jì)算參考圖庫中所對(duì)應(yīng) 的參考圖像集的文件名； (3) 根據(jù)參考圖像的文件名搜索參考圖像； 1. 2參考圖像集投影轉(zhuǎn)換，主要步驟如下： (1) 根據(jù)待評(píng)圖像左上角緯度，計(jì)算該圖像的投影帶標(biāo)號(hào)，公式如下：
其中，lat為待評(píng)圖像左上角緯度； (2) 根據(jù)投影轉(zhuǎn)換參數(shù)，采用最近鄰方法對(duì)參考圖像集進(jìn)行重采樣，投影轉(zhuǎn)換參數(shù)包括 目標(biāo)地球橢球體、目標(biāo)大地基準(zhǔn)面和地面分辨率； 1. 3參考圖像集拼接：導(dǎo)入?yún)⒖紙D像集，設(shè)定拼接最佳參數(shù)，即拼接模式、忽略像素值 和羽化參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源遙感數(shù)據(jù)的在軌衛(wèi)星圖像幾何定位精度評(píng)價(jià)方法， 其特征在于步驟2中所述的下采樣和圖像輻射增強(qiáng)，其步驟如下： 2. 1采用三次卷積內(nèi)插模型，將待評(píng)圖像和參考圖像1進(jìn)行同比率下采樣； 2. 2采用wallis濾波，對(duì)待評(píng)圖像和參考圖像1進(jìn)行圖像紋理增強(qiáng)，得到待評(píng)圖像1和 參考圖像2,Wallis濾波器表不為：
其中，
，參數(shù)1，％分別為乘性系數(shù)和加性系數(shù)，為 圖像中某一像素的鄰域均值;％為圖像中某一像素的鄰域方差;m/為目標(biāo)均值，它為圖像 動(dòng)態(tài)范圍的中值；S/為目標(biāo)方差；C為圖像反差擴(kuò)