一种多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法技术

本发明专利技术涉及一种多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法，属于遥感影像处理技术领域。本发明专利技术首先进行多分片影像区域网平差，利用高精度参考数据辅助平差，获得原始分片影像RFM补偿模型；然后运用像方分段仿射变换模型，建立拼接前后像点坐标转换关系，生成全景拼接影像；最后对全景拼接影像均匀划分像方格网，利用建立的像点坐标转换关系和原始分片影像RFM补偿模型生成虚拟控制格网，从而构建全景拼接影像RFM。本发明专利技术使用RFM作为坐标转换模型，无需构建原始分片影像和全景拼接影像的严格成像模型，且综合考虑了像方空间的坐标转换关系和物方空间连续性，计算量小、效率高。效率高。效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法


[0001]本专利技术涉及一种多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法，属于遥感影像处理


技术介绍

[0002]星载线阵传感器是航天遥感对地观测的重要载体，随着对地观测技术的不断进步，对传感器的性能、指标及成像质量提出了更高的要求。为了实现高成像质量和地面宽覆盖，光学传感器多数采用拼接型TDI CCD(Time Delay and Integration Charge
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coupled Device，时间延迟积分电荷耦合器件)技术获取地面影像。拼接型TDI CCD传感器以其良好的成像性能得到了广泛应用，例如，IKONOS、QuickBird、WorldView
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2、SPOT6/7、LandSat
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8、“天绘一号(TH
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1)”、“资源三号(ZY
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3)”、“高分二号”、“高分七号”等卫星均搭载此类传感器。随着技术不断进步，影像空间分辨率已经达到亚米级，拼接误差所造成的影响不容忽视，故原始分片影像拼接处理方式和全景拼接影像几何模型构建被更多地研究。
[0003]沿卫星平台飞行方向，拼接型TDI CCD获取的原始影像数据为多个分片影像，因其可提供高质量成像和宽视场影像在不同领域得到广泛应用，对原始多分片影像进行拼接生成具有几何物像关系的全景影像可为多元化应用提供基础数据支撑，而保证分片影像高质量拼接是影像后续处理与应用的前提。
[0004]当前影像拼接主要分为像方拼接和物方拼接两种。像方拼接主要是利用影像匹配算法生成同名点，利用一定像方拼接模型完成影像拼接，该算法原理简单且效率高，但拼接生成的全景影像并不具备明确的几何物像关系，拼接精度略低；物方拼接主要是基于物方空间的连续性，以严密的几何模型为基础生成具备明确几何物像关系的全景影像，精度较高，但该方法计算量大，时效性低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法，解决目前拼接过程中存在效率低或者精度低的问题，并在拼接后快速建立几何模型。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题而提供一种多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法，该方法包括以下步骤：
[0007]1)获取待拼接的各原始分片影像和DOM数据，基于原始分片影像和DOM数据确定控制点或者控制点和连接点；
[0008]2)利用得到的控制点或者控制点和连接点对原始分片影像进行平差处理，基于平差结果得到原始分片影像RFM补偿模型；
[0009]3)采用分段仿射变换模型对各原始分片影像进行拼接，得到全景拼接影像；
[0010]4)将得到全景拼接影像进行格网化处理，根据像点坐标转换关系确定各格网点在原始分片影像中对应的像点；
[0011]5)将原始分片影像覆盖范围内高程进行分层，利用原始分片影像RFM补偿模型计
算像方格网点对应的虚拟控制格网点的物方坐标，得到全景拼接影像RFM，求解全景拼接影像RFM以实现多分片卫星影像拼接后的几何模型构建。
[0012]本专利技术首先进行多分片影像区域网平差，利用高精度参考数据辅助平差，获得原始分片影像RFM补偿模型；然后运用像方分段仿射变换模型，建立拼接前后像点坐标转换关系，生成全景拼接影像；最后对全景拼接影像均匀划分像方格网，利用建立的像点坐标转换关系和原始分片影像RFM补偿模型生成虚拟控制格网，从而构建全景拼接影像RFM。本专利技术使用RFM作为坐标转换模型，无需构建原始分片影像和全景拼接影像的严格成像模型，且综合考虑了像方空间的坐标转换关系和物方空间连续性，计算量小、效率高。
[0013]进一步地，为准确确定不同类型影像的控制点，所述步骤2)中在进行平差处理时，对于多线阵影像，原始分片影像多视匹配得到连接点；筛选部分连接点与DOM匹配，在DEM中内插高程值后获取控制点数据；对于单线阵影像，原始分片影像直接与DOM匹配，DEM内插高程值后生成获得控制点。
[0014]进一步地，为提高平差处理的准确性，所述步骤2)在进行平差处理时采用像方补偿模型建立像方坐标(r,c)与物方坐标(P,L,H)之间的修正关系，利用所述修正关系进行平差处理。
[0015]进一步地，所述的修正关系为：
[0016][0017][0018][0019]其中(r,c)为像方坐标，(P,L,H)为物方坐标，r0,r
s
,c0,c
s
为像方坐标标准化参数，(P
n
,L
n
,H
n
)为标准化的物方坐标。
[0020]进一步地，所述步骤3)在对各原始分片影像进行拼接时，保持奇数分片影像的位置不变，将偶数分片影像嵌入到奇数分片影像之间。
[0021]进一步地，所述步骤3)中在将偶数分片影像嵌入到奇数分片影像之间时，统计片间连接点垂直偏移量的变化趋势，对偶数片影像分段，计算各分段仿射变换系数，采用的计算公式如下：
[0022][0023]其中(r,c)为偶数片影像第j段中某个连接点的坐标，(l,s)表示某个连接点坐标对应的全景拼接影像的像方坐标，a
0j
～b
2j
为第j段的6个仿射变换参数，分别描述分段影像行、列方向上的平移、旋转和缩放。
[0024]进一步地，所述步骤5)中虚拟控制格网点的物方坐标的计算过程如下：
[0025]A.将影像覆盖范围内高程均匀分层，将原始分片影像任意格网点的坐标r、c和地面高程分层H代入到像方坐标和物方坐标之间的修正关系中，得到：
[0026][0027][0028][0029]其中r0、c0为像坐标初值，(P,L,H)为物方坐标，r0,r
s
,c0,c
s
为像方坐标标准化参数；(P
n
,L
n
,H
n
)为标准化的物方坐标；
[0030]B.根据步骤A得到的上述关系计算坐标改正量修正地面坐标，经多次迭代后得到虚拟控制点地面坐标。
[0031]进一步地，为防止模型过度参数化，所述步骤5)中全景拼接影像RFM的求解采用谱修正迭代法。
附图说明
[0032]图1是本专利技术多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法的流程图；
[0033]图2是本专利技术实施例中多片TDI CCD安装结构示意图；
[0034]图3
‑
a是本专利技术实施例中拼接前后CCD位置关系示意图；
[0035]图3
‑
b是本专利技术实施例中奇数分片影像和偶数分片影像之间的几何拼接关系；
[0036]图4是本专利技术全景拼接影像虚拟控制格网点生成示意图；
[0037]图5
‑
a是本专利技术实仿真实验中原始分片影像缩略图；
[0038]图5
‑
b是本专利技术实仿真实验中全景拼接影像缩略图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)获取待拼接的各原始分片影像和DOM数据，基于原始分片影像和DOM数据确定控制点或者控制点和连接点；2)利用得到的控制点或者控制点和连接点对原始分片影像进行平差处理，基于平差结果得到原始分片影像RFM补偿模型；3)采用分段仿射变换模型对各原始分片影像进行拼接，得到全景拼接影像；4)将得到全景拼接影像进行格网化处理，根据像点坐标转换关系确定各格网点在原始分片影像中对应的像点；5)将原始分片影像覆盖范围内高程进行分层，利用原始分片影像RFM补偿模型计算像方格网点对应的虚拟控制格网点的物方坐标，得到全景拼接影像RFM，求解全景拼接影像RFM以实现多分片卫星影像拼接后的几何模型构建。2.根据权利要求1所述的多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法，其特征在于，所述步骤2)中在进行平差处理时，对于多线阵影像，原始分片影像多视匹配得到连接点；筛选部分连接点与DOM匹配，在DEM中内插高程值后获取控制点数据；对于单线阵影像，原始分片影像直接与DOM匹配，DEM内插高程值后生成控制点。3.根据权利要求1所述的多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法，其特征在于，所述步骤2)在进行平差处理时采用像方补偿模型建立像方坐标(r,c)与物方坐标(P,L,H)之间的修正关系，利用所述修正关系进行平差处理。4.根据权利要求3所述的多分片卫星影像拼接和几何模型构建方法，其特征在于，所述的修正关系为：的修正关系为：的修正关系为：其中(r,c)为像方坐标，(P,L,H)为物方坐标，r0,r
s
,c0,c
s
为像方坐标标准化参数，(P
n
,L
n
,H
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，王龙辉，张艳，张永生，戴晨光，于英，李磊，窦利军，周丽雅，李力，宋亮，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：