一种基于图像特征的卫星侧摆角获取方法技术

一种基于图像特征的卫星侧摆角获取方法，步骤为：(1)获取遥感图像的成像日期；(2)在遥感图像上选取合适的地物作为典型地物并获取其经纬度信息；(3)根据卫星轨道参数，获取典型地物所在纬度的成像地方时Tlocal；(4)根据Tlocal计算出太阳时角Tangle；(5)计算成像日期当天的太阳赤纬δ；(6)根据δ、Tangle、典型地物的纬度Lat计算得到太阳高度角；(7)测量遥感图像上典型地物的阴影长度Lshadow，结合太阳高度角计算出典型地物的高度Height；(8)测量遥感图像上典型地物的投影差Lproject，再根据Height计算得到卫星成像时的侧摆角度Sangle。本发明专利技术可在无法获取星历数据的条件下，利用遥感卫星成像机理和太阳光照几何关系，通过遥感图像即可获取图像成像时卫星的侧摆角度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像特征的卫星侧摆角获取方法
本专利技术属于遥感图像处理领域，涉及一种根据遥感图像的成像时间和遥感图像中高大建筑物的特征计算遥感数据采集时卫星侧摆角度的方法。
技术介绍
目前遥感卫星大多数采用太阳同步回归轨道，太阳同步回归轨道的回归特性可以保证卫星经过若干天后星下点位置重合。然而，太阳同步回归轨道通常回归周期较长，高分辨率遥感卫星的回归周期一般都在40至100天内不等。遥感卫星的机动性能可以提高卫星数据获取的时效性，这就需要打破常规的星下点拍摄模式，对卫星整星或者卫星上搭载的相机进行侧摆。根据现有遥感卫星的轨道设计，在卫星侧摆条件下重访同一地点的时间在3天至6天不等，由此可以大大提高数据获取的可能性。侧摆成像在快速获取数据的同时也降低了遥感图像的质量，尤其在侧摆角度较大时对图像质量的影响更加明显。由于相机探元的孔径和焦距是固定的，随着侧摆角度的增大，地面像元的分辨率随之降低，并且背离星下点的像元分辨率降低速度更快。同时，卫星侧摆将导致卫星飞行水平和垂直方向地面像元的分辨率不一致，导致图像发生畸变。因此，获取遥感数据采集时的卫星侧摆角度对评价遥感图像的质量具有至关重要的意义。通常，卫星侧摆信息可以从星历数据获取。卫星星历数据中包含有卫星的姿态信息，卫星采用整星侧摆成像时的滚动角即是卫星侧摆角。但是对于遥感卫星数据用户而言，卫星的星历数据不公开，因此很难获取卫星的侧摆角度，并且目前也没有基于遥感图像数据计算卫星侧摆角度的相关方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种在无法获取星历数据的条件下，利用遥感卫星的成像机理和太阳光照的几何关系，通过高大建筑物的图像阴影和地面投影差获取图像成像时卫星侧摆角度的方法，可以为后续图像质量的评判提供可靠的依据。本专利技术的技术解决方案是：一种基于图像特征的卫星侧摆角获取方法，包括如下步骤：(1)获取遥感图像的成像日期；(2)在遥感图像上选取典型地物，确定典型地物的经纬度信息，其中经度记为Lon，纬度记为Lat；(3)根据卫星的轨道参数，获取典型地物所在纬度的成像地方时其中TUTC为卫星经过典型地物所在纬度的协调世界时；(4)根据步骤(3)得到的Tlocal计算出太阳时角Tangle＝(12-Tlocal)*15；(5)计算成像日期当天的太阳赤纬δ，δ＝arcsin(0.39795cos(0.98563(N-173)))其中N为自当年1月1日开始计算的日数；(6)根据太阳赤纬δ、太阳时角Tangle、典型地物的纬度Lat计算得到太阳高度角H＝arcsin(sinLatsinδ+cosLatcosδcosTangle)；(7)测量遥感图像上典型地物阴影的长度Lshadow，再根据太阳高度角H计算出典型地物的高度Height＝LshadowtanH；(8)测量遥感图像上典型地物的投影差Lproject，再根据地物高度Height计算得到卫星成像时的侧摆角度所述的步骤(3)中的TUTC通过STK软件利用卫星的标称轨道计算得到。所述步骤(7)中的Lshadow通过ArcGIS软件测量得到。所述步骤(8)中的Lproject通过ArcGIS软件测量得到。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)利用本专利技术获取卫星侧摆角度计算时所需要的数据(包括成像日期、图像中的阴影和投影差)仅来自图像，此类数据容易获取，而无需了解卫星在太空中运行的姿态信息，为遥感数据用户提供了一种仅从图像上的地物特征即能获取卫星侧摆角度的途径，方法简便。(2)本专利技术利用遥感卫星的成像机理和太阳光照的几何关系即可计算出卫星侧摆角度，计算过程简单，可快速的获取卫星的侧摆角度。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图；图2为本专利技术太阳光照和卫星侧摆拍摄原理示意图。具体实施方式在无侧摆情况下，卫星成像是从天顶方向成像，高大建筑物的屋顶和地基在图像上是重合的。侧摆情况下，由于视线方向的改变，屋顶和地基在图像上有位移，这个位移是投影差。同时，遥感卫星成像时太阳的照射方向不是天顶方向，高大建筑物在太阳照射下在地面会产生阴影。根据遥感卫星的成像机理和太阳光照的几何关系，若计算出太阳高度角和建筑物阴影，则可以计算出建筑物的实际高度，由建筑物的实际高度和投影差则可以计算出卫星的侧摆角度。基于上述原理，本专利技术方法的流程如图1所示，主要步骤如下：步骤一：根据遥感图像的文件名确认图像的成像日期；遥感图像的文件名有固定格式，目前国产卫星遥感数据文件名表示方式为AAA_BBB_CDDD.D_EFFF.F_GGGGGGGG_HHHJJJJJJJJJJ-KKKK.LLLL，关键字的含义如下：AAA表示卫星名称；BBB表示传感器名称；C表示经度，东经为E，西经为W；DDD.D表示景中心经度坐标，保留一位小数点；E表示纬度，北纬为N，南纬为S；FFF.F表示景中心纬度坐标，保留一位小数点；GGGGGGGG表示成像日期，前4位为年份，5-6位为月份，7-8位为日期；HHH表示产品级别；JJJJJJJJJJ表示产品号；KKKK表示波段信息；LLLL表示文件格式。以上海某景影像为例，文件名为GF1_PMS2_E121.6_N31.0_20130805_L2A0000477619-PAN2.giff，其中GF1表示高分一号卫星，PMS2表示全色多光谱传感器，E121.6表示景中心点的经度为东经121.6度，N31表示景中心点的纬度为北纬31度，20130805表示采集日期为2013年8月5日，L2A0000477619表示产品级别为2A级和编号为477619的产品，PAN2表示全色波段，tiff表示标签图像文件格式。日期是计算赤纬的重要参数。步骤二：在图像上找出典型地物，获取典型地物的经纬度信息；地物选取遵循以下规则：(1)尽量选取地物本身比较细长的典型地物，地物本身比较细长的地物有电线杆、电视塔、写字楼、风车等，细长地物在图像中阴影较长；(2)尽量选取与周边色彩反差大的典型地物，阴影色彩偏暗，周边地物若偏亮色则更好选取，城市中的高楼和沙漠中的风车是比较理想的选择，不宜选择山体，山体阴影和山体本身在遥感图像上色彩都偏暗，不易区分。(3)尽量选取周边地势平坦的地物，地势平坦的地区地物阴影根地物本身的比例关系才是协调的，阴影在地面不会发生变形。满足以上规则的地物一方面在地图上方便寻找，另一方面方便后续的测量和减小计算误差。假设典型地物的经度为Lon，纬度为Lat，单位为度。Lon是地方时转换的重要参数，纬度是计算太阳高度角的重要参数。步骤三：根据卫星的轨道参数获取典型地物纬度的成像地方时；一般卫星轨道采用太阳同步回归轨道，该轨道的特征是经过相同纬度的地方时一致，而与经度和成像日期无关。根据卫星的标称轨道可以利用STK软件计算卫星经过典型地物所在纬度的地方时TUTC或者北京时间TBJ。TUTC时间是格林尼治子午线(经度为0度)考虑跳秒之后的地方时，也叫协调地方时，TBJ时间是经度为120度的地方时，在地球上经度相差15度时地方时相差1小时。因此，两者之间可按如下公式进行转换：TUTC＝TBJ-8(小时)根据以上原理，由TUTC和典型地物的经度可以进而转换成典型地物成像的地方时Tlocal，Lon是东经时为正数，是西经时为负数：步骤四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像特征的卫星侧摆角获取方法，其特征在于包括如下步骤：(1)获取遥感图像的成像日期；(2)在遥感图像上选取典型地物，确定典型地物的经纬度信息，其中经度记为Lon，纬度记为Lat；(3)根据卫星的轨道参数，获取典型地物所在纬度的成像地方时其中TUTC为卫星经过典型地物所在纬度的协调世界时；(4)根据步骤(3)得到的Tlocal计算出太阳时角Tangle＝(12‑Tlocal)*15；(5)计算成像日期当天的太阳赤纬δ，δ＝arcsin(0.39795cos(0.98563(N‑173)))其中N为自当年1月1日开始计算的日数；(6)根据太阳赤纬δ、太阳时角Tangle、典型地物的纬度Lat计算得到太阳高度角H＝arcsin(sinLatsinδ+cosLatcosδcosTangle)；(7)测量遥感图像上典型地物阴影的长度Lshadow，再根据太阳高度角H计算出典型地物的高度Height＝LshadowtanH；(8)测量遥感图像上典型地物的投影差Lproject，再根据地物高度Height计算得到卫星成像时的侧摆角度Sangle=arctan(LprojectHeight).]]>...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像特征的卫星侧摆角获取方法，其特征在于包括如下步骤：(1)获取遥感图像的成像日期；(2)在遥感图像上选取典型地物，确定典型地物的经纬度信息，其中经度记为Lon，纬度记为Lat；(3)根据卫星的轨道参数，获取典型地物所在纬度的成像地方时其中TUTC为卫星经过典型地物所在纬度的协调世界时；(4)根据步骤(3)得到的Tlocal计算出太阳时角Tangle＝(12-Tlocal)*15；(5)计算成像日期当天的太阳赤纬δ，δ＝arcsin(0.39795cos(0.98563(N-173)))其中N为自当年1月1日开始计算的日数；(6)根据太阳赤纬δ、太阳时角Tangle、典型地物的纬度Lat计算得到太阳高度角H＝arcsin(sinLatsinδ+cosLatcosδcosTangle)；(7)测量遥感图像上...

【专利技术属性】
技术研发人员：易维，王静巧，曾湧，彭勇钊，
申请(专利权)人：中国资源卫星应用中心，
类型：发明
国别省市：北京;11