一种基于最佳扫描行快速定位的线阵影像微分纠正方法技术

本发明专利技术涉及一种基于最佳扫描行快速定位的线阵影像微分纠正方法，快速定位方法中先获取系列线阵影像的扫描行线阵列CCD像元的排列轨迹，并以线段为逼近基元分别对各扫描线线阵列CCD像元的排列轨迹进行分段拟合；给定物方高程，将各拟合线段对应的地面点线段及相应的扫描行投影中心构成物方空间上的分段投影面；给定地面点，确定该地面点的各对应分段投影面；搜索该地面点最邻近的对应分段投影面所对应的扫描行；利用所得扫描行精确内插出最佳扫描行；本发明专利技术的方法可精确定位最佳扫描行，对线阵影像的处理效率比基于像方的搜索方法提高了8倍以上，线阵影像微分纠正速度提升6倍以上，具有较强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最佳扫描行快速定位的线阵影像微分纠正方法
本专利技术属于遥感影像处理
，涉及一种基于最佳扫描行快速定位的线阵影像微分纠正方法。
技术介绍
线阵传感器是当前遥感影像获取的主要手段。航空领域以ADS40为代表的线阵相机成功应用于各种比例尺航测成图。航天领域SPOT5、IKONOS、QuickBird、WorldView、GeoEye、Pleiades以及我国的天绘、资源三号高分辨率卫星均为线阵传感器。当前，深空探测也是各航天国家的研究热点，欧美国家已经对月球、火星的地形进行了多次测绘，我国成功发射了嫦娥一号、嫦娥二号卫星，深空测绘相机也多采用线阵传感器。一方面是海量航空、航天遥感影像数据量呈现爆炸式增长，另一方面是海量原始遥感影像的数据处理能力明显不足，这就造成了大量遥感影像数据得不到及时处理，不能转换为可以应用的空间信息。如何有效、自动地对获取的大量遥感影像数据进行快速处理，已经成为我们亟待解决的问题。线阵传感器的几何定位模型主要有严密几何模型、仿射变换几何模型以及有理多项式函数模型，其中严密几何模型基于共线条件方程，理论最为严密，精度最高。近年来，有理多项式函数模型在IKONOS、QuickBird等商业卫星中得到了广泛应用，但是其RPC（RationalPolynomialCoefficients）参数的求解过程仍然需要严密几何模型。另外，航空、航天线阵影像的几何检校也是基于严密几何模型，基于严密几何定位模型对线阵影像进行微分纠正是生成各级影像产品的基础，线阵影像微分纠正的难点是地面点反投影，核心问题是确定地面点对应的最佳扫描行。传统的基于像方搜索的最佳扫描行定位算法如图1所示，给定地面点P(X,Y,Z)，P的反投影像点为p，ab表示线阵列CCD，传统的基于像方的搜索策略是利用反投影像点与线阵列CCD的距离d作为判断依据，将最佳扫描行i的外方位元素代入共线方程求得的像点坐标p应该与线阵列CCD探元的检校坐标一致。显然，基于像方的最佳扫描行搜索计算过程涉及多次共线方程迭代，效率较低。针对线阵影像最佳扫描行搜索策略，刘军提出了像方二分法迭代算法，基于搜索窗口二分的思想快速缩小最佳扫描行搜索范围，该算法仍然基于像方共线方程迭代，计算量较大。赵双明分析了嫦娥一号激光测高数据与影像数据的不一致性，并提出了一种基于双线性变换快速确定搜索窗口的激光点反投影算法。王密提出了一种基于物方几何约束的最佳扫描行搜索方法，减少了共线方程迭代次数，计算效率与实用性均优于基于像方的搜索方法。分析现有算法可知，利用物方投影面几何约束是解决最佳扫描行搜索问题的有效途径。由于线阵CCD各个像元并不严格位于一条直线上，线阵CCD的分段处理以及分段投影面的快速确定是影响基于物方几何约束最佳扫描行搜索效率的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于最佳扫描行快速定位的线阵影像微分纠正方法，以解决处理大量线阵影像的效率低且实用化程度不高的问题。为实现专利技术目的，本专利技术的基于最佳扫描行快速定位的线阵影像微分纠正方法的步骤如下：（1）获取线阵影像，构建线阵影像的严密几何构型；（2）利用线阵影像以及DEM数据计算纠正影像的坐标范围；根据纠正影像坐标范围以及设定的像素间距大小s，计算纠正影像的宽和高；（3）先将纠正影像的坐标转换至摄影测量物方坐标系，再地面点反投影计算，逐像素计算纠正影像上每一个像点对应的原始影像像点坐标，地面点反投影计算公式如下式中x,y为像点坐标，X,Y,Z为地面点坐标，f为相机焦距，i表示地面点对应的最佳扫描行，为地面点对应的相机投影中心即外方位线元素，为外方位角元素组成的旋转矩阵；其中地面点对应的最佳扫描行的定位方式如下：（31）获取系列线阵影像的扫描行线阵列CCD像元的排列轨迹，并以线段为逼近基元分别对各扫描线线阵列CCD像元的排列轨迹进行分段拟合；（32）给定物方高程，将各拟合线段对应的地面点线段及相应的扫描行投影中心构成物方空间上的分段投影面；（33）给定地面点，确定该地面点的各对应分段投影面；（34）搜索该地面点最邻近的对应分段投影面所对应的扫描行；（35）利用步骤（34）所得扫描行精确内插出最佳扫描行。（4）对求出的原始图像像点坐标进行灰度重采样；（5）逐像素进行线阵影像微分纠正计算。所述步骤（33）确定地面点的各对应分段投影面是通过判断该地面点的像点是否在分段投影面中得到的。所述步骤（34）是通过计算地面点与各对应分段投影面之间的距离搜索得到距地面点最邻近的对应分段投影面所对应的扫描行。所述步骤（34）中计算并判断第i、第i+1两相邻扫描行分段投影面之间的距离Di是否大于地面点与第i分段投影面之间的距离di，其中i表示投影面的编号，若是，则第i投影面为地面点最邻近的投影面；若否，则继续搜索。进一步的，若否，则继续搜索是指，利用n=di/ni对投影面增量n进行估计，ni表示第i扫描行与第i+1扫描行投影面间的距离，继续判断第i+n、第i+n+1两相邻投影面之间的距离Di+n是否大于地面点与第i+n投影面之间的距离di+n。所述步骤（35）中最佳扫描行其中j表示第j扫描行为地面点最邻近的投影面对应的扫描行。本专利技术的基于最佳扫描行快速定位的线阵影像微分纠正方法中用到最佳扫描行快速定位方法，该基于严密几何模型的定位方法无需任何初始值，也无需进行仿射变换参数计算，利用扫描行投影面进行物方几何约束，通过判断物方点到扫描行投影面的距离定位最佳扫描行，且考虑实际运用中线阵列CCD像元并非严格按照一条直线排列，给出了CCD线阵的分段处理以及分段投影面的确定方法，使得最佳扫描行搜索效率得到进一步提升，经试验证明，该方法可精确定位最佳扫描行，对线阵影像的处理效率比基于像方的搜索方法提高了8倍以上，线阵影像微分纠正速度提升6倍以上，具有较强的实用性。附图说明图1是线阵影像地面点反投影法基本原理图；图2是基于投影面几何约束的最佳扫描行快速搜索原理图；图3是ADS40线阵CCD排列示意图；图4是线阵列CCD分段示意图；图5是判断地面点对应的线阵列CCD分段投影面原理图；图6是反解法微分纠正示意图；图7是线阵影像反解微分纠正方法流程图。具体实施方式1线阵影像最佳扫描行快速定位1.1线阵影像地面点反投影线阵影像的地面点反投影基于严密几何模型，即共线条件方程建立的地面点、相机投影中心、像点三点共线关系，公式如下上式中x,y为像点坐标，X,Y,Z为地面点坐标，f为相机焦距，i表示地面点对应的最佳扫描行，为地面点对应的相机投影中心即本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于最佳扫描行快速定位的线阵影像微分纠正方法，其特征在于，该方法的步骤如下：（1）获取线阵影像，构建线阵影像的严密几何构型；（2）利用线阵影像以及DEM数据计算纠正影像的坐标范围；根据纠正影像坐标范围以及设定的像素间距大小s，计算纠正影像的宽和高；（3）先将纠正影像的坐标转换至摄影测量物方坐标系，再地面点反投影计算，逐像素计算纠正影像上每一个像点对应的原始影像像点坐标，地面点反投影计算公式如下x=-fa1i(X-XSi)+b1i(Y-YSi)+c1i(Z-ZSi)a3i(X-XSi)+b3i(Y-YSi)+c3i(Z-ZSi)y=-fa2i(X-XSi)+b2i(Y-YSi)+c2i(Z-ZSi)a3i(X-XSi)+b3i(Y-YSi)+c3i(Z-ZSi),式中x,y为像点坐标，X,Y,Z为地面点坐标，f为相机焦距，i表示地面点对应的最佳扫描行，为地面点对应的相机投影中心即外方位线元素，为外方位角元素组成的旋转矩阵；其中地面点对应的最佳扫描行的定位方式如下：（31）获取系列线阵影像的扫描行线阵列CCD像元的排列轨迹，并以线段为逼近基元分别对各扫描线线阵列CCD像元的排列轨迹进行分段拟合；（32）给定物方高程，将各拟合线段对应的地面点线段及相应的扫描行投影中心构成物方空间上的分段投影面；（33）给定地面点，确定该地面点的各对应分段投影面；（34）搜索该地面点最邻近的对应分段投影面所对应的扫描行；（35）利用步骤（34）所得扫描行精确内插出最佳扫描行。（4）对求出的原始图像像点坐标进行灰度重采样；（5）逐像素进行线阵影像微分纠正计算。FDA00003521151000012.jpg,FDA00003521151000013.jpg...

【技术特征摘要】
1.基于最佳扫描行快速定位的线阵影像微分纠正方法，其特征在于，该方法的步骤如下：(1)获取线阵影像，构建线阵影像的严密几何构型；(2)利用线阵影像以及DEM数据计算纠正影像的坐标范围；根据纠正影像坐标范围以及设定的像素间距大小s，计算纠正影像的宽和高；(3)先将纠正影像的坐标转换至摄影测量物方坐标系，再地面点反投影计算，逐像素计算纠正影像上每一个像点对应的原始影像像点坐标，地面点反投影计算公式如下式中x、y为像点坐标，X、Y、Z为地面点坐标，f为相机焦距，L表示地面点对应的最佳扫描行，为地面点对应的相机投影中心即外方位线元素，为外方位角元素组成的旋转矩阵；(4)对求出的原始影像像点坐标进行灰度重采样；(5)逐像素进行线阵影像微分纠正计算；步骤(3)中地面点对应的最佳扫描行的定位方式包括如下步骤：(A)获取系列线阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐青，耿迅，周杨，邢帅，蓝朝桢，孙伟，侯一凡，何钰，侯晓芬，王栋，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：