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专利号: 2021106542827
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种光学卫星多面阵传感器片间无缝几何定标方法,其特征在于,包括:S1:针对每一片面阵传感器采集的分片影像,通过分片影像和参考数据的密集匹配,获得分片影像上的控制点,其中,参考数据包括数字正射影像和数字高程模型;

S2:针对多面阵传感器采集的相邻分片影像,通过影像匹配方法,获得相邻分片影像之间的连接点;

S3:根据光学卫星面阵传感器的成像机理,构建面阵成像卫星在轨几何定标模型,如式(1)所示:

其中,(XGPS,YGPS,ZGPS)为GPS天线相位中心在WGS 84坐标系下的空间直角坐标;(B,L,H)为地面点在WGS 84坐标系下的地理坐标;a为地球长半轴;e为地球椭球第一偏心率;

为WGS 84坐标系至J2000坐标系的旋转矩阵; 为J2000坐标系至卫星本体坐标系的旋转矩阵; 为卫星相机在卫星本体坐标系下的安置矩阵;λ为比例因子;(φx,φy)为地面点对应的成像探元在相机坐标系下的指向角;

式(1)中, 由卫星相机在卫星本体坐标系下的三个安置角(p,r,y)构成,称为外定标参数;成像探元的指向角模型表示为:式中,(s,l)为探元编号;(a0,a1,...,a9,b0,b1,...,b9)为探元指向角模型系数,称为内定标参数;

S4:以多片面阵传感器的中间片作为基准片,利用基准片影像上匹配获得的控制点,求解出在轨几何定标模型中的外定标参数;

S5:利用所有分片影像上的控制点和相邻分片影像之间的连接点,联合求解每一片面阵传感器的内定标参数。

2.如权利要求1所述的几何定标方法,其特征在于,步骤S1包括:S1.1:在分片影像上划分若干规则格网,并根据分片影像的定位精度,对原规则格网进行外扩处理;

S1.2:针对每一个外扩格网,根据分片影像的有理多项式系数,将外扩格网的四个角点分别投影至数字高程模型上,得到外扩格网四个角点对应物方投影点的经纬度坐标;

S1.3:根据物方投影点的经纬度坐标、数字正射影像的起点经纬度坐标和地面分辨率,得到外扩格网四个角点在数字正射影像上对应的像点坐标;

S1.4:根据外扩格网四个角点在分片影像上的像点坐标及外扩格网四个角点在数字正射影像上对应的像点坐标,构建仿射变换模型,并利用仿射变换模型对数字正射影像的局部影像块进行几何变形纠正,得到纠正影像块;

S1.5:在分片影像原规则格网和纠正影像块之间进行SIFT密集匹配,得到原规则格网和纠正影像块之间的第一密集同名点,并根据仿射变换模型,计算纠正影像块上每一个第一密集同名点在数字正射影像上的像点坐标,得到原规则格网和数字正射影像之间的第二密集同名点;

S1.6:根据数字正射影像上的第二密集同名点的坐标、起点经纬度坐标和地面分辨率,计算每一个第二密集同名点的经纬度坐标,并根据数字高程模型的起点经纬度坐标和地面分辨率,计算每一个第二密集同名点的高程坐标,从而得到第二密集同名点的经纬度和高程坐标,作为分片影像上的控制点。

3.如权利要求1所述的几何定标方法,其特征在于,步骤S2包括:S2.1:以相邻分片影像中的左影像或上影像作为参考影像,另一片影像作为待匹配影像,计算参考影像和待匹配影像之间的重叠区域;

S2.2:在参考影像上的重叠区域内划分规则格网,以格网中心点作为特征点,匹配获得该特征点在待匹配影像上的同名点。

4.如权利要3所述的几何定标方法,其特征在于,步骤S2.1包括:S2.1:1:根据待匹配影像的有理多项式系数,将待匹配影像的四个角点分别投影至数字高程模型上,并根据参考影像的有理多项式系数,进一步将四个物方投影点投影至参考影像上,得到待匹配影像四个角点在参考影像上的投影点坐标;

S2.1.2:根据参考影像四个角点的像点坐标、待匹配影像四个角点在参考影像上的投影点坐标,计算参考影像和待匹配影像之间的重叠区域。

5.如权利要3所述的几何定标方法,其特征在于,步骤S2.2包括:S2.2.1:根据参考影像的有理多项式系数,将特征点投影至数字高程模型上,并根据待匹配影像的有理多项式系数,进一步将物方投影点投影至待匹配影像上,得到特征点在待匹配影像上的投影点;

S2.2.2:以待匹配影像上的投影点为中心,设置搜索窗口,依次进行相关系数匹配和最小二乘匹配,得到特征点在待匹配影像上的同名点。

6.如权利要1所述的几何定标方法,其特征在于,步骤S5包括:S5.1:在式(1)中,令

则式(1)

中第一式和第二式分别除以第三式,得 进一步令

式中,

S5.2:针对每一片分片影像上的每一个控制点,根据式(3)构建误差方程:Vg=CgS‑Lg       (4)式中, 为控制点残差矩阵; 为常数项矩阵;

为未知数偏导数

T

构成的设计矩阵;S=[… da0,k da1,k … da8,k da9,k db0,k db1,k … db8,k db9,k …]为未知数改正量矩阵;其中,下标g表示控制点,下标k=1,2,…,m(m为分片影像数量)表示第k片分片影像;下标i=1,2,…,ng(ng表示控制点数量)表示第k片分片影像上的第i个控制点;

S5.3:针对所有相邻分片影像之间的连接点,根据式(3)构建误差方程:Vt=CtS+DtT‑Lt        (5)式中,Vt、Ct、Lt的含义同式(4); 为未知数偏导数构成的设T

计矩阵;T=[… dBj dLj …] 为未知数改正量矩阵;其中,下标t表示连接点,下标j=1,

2,…,nt(nt表示连接点数量)表示第k片分片影像上的第j个连接点;

S5.4:根据式(4)和式(5),按照最小二乘平差原理,依次求解未知数S和T:式中,

S5.5:利用式(6)求解出的S和T,对内定标参数和连接点地理坐标进行替代更新:式中,q为迭代次数;

S5.6:重复步骤S5.2至S5.5,直至平差迭代收敛,求解获得内定标参数。