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解析WV-1高清卫星影像几何分析前言

2011-11-05 01:16:58来源:航测与遥测学刊 编辑:wenzi浏览:

▲WorldView-1卫星

  WorldView-1是首颗解析度达50公分的商用卫星,该卫星原始影像同时提供载体参数及有理函数系数。本研究之目的为针对WorldView-1建立几何改正模式并进行几何份析,研究中份别建立并比较严密几何模式有理函数模式。严密几何模式使用卫星载体资料建立物象转换关系,该模式包含补偿方位参数及校正反投影影像坐标两种方法;有理函数模式,使用感测器方位转换有理函数系数建立物像转换关系,再以地面控制点精化有理函数模式。研究中份别比较这两种模式于高解析卫星影像之几何改正。实验结果显示,严密几何模式及有理函数模式的精度相当,但严密几何模式有较佳的成果,使用份布良好的9个控制点进行几何校正,可达次像元精度。

  一、前言

   卫星影像的资料前处理主要为辐射及几何处理两部份。辐射处理之目的是校正大气辐射所造成影响,以产生符合地表物光谱特性之卫星影像;几何处理之目的是校正卫星取样时,感测器及地形起伏所造成的变形,以产生符合地图投影之卫星影像。经由辐射及几何处理,校正后卫星影像与其它资料的辐射及几何都在相同基准下,有利卫星影像与其她资料进行融合、套迭与份析。本研究之研究重点将着重在卫星影像几何处理部份。

  光学资源卫星的发展趋势,除了在提升卫星影像的空间、光谱及时间解析力(Stoney, 2006)外,在无地面控制的情况下,使用直接地理对位(Direct Georeferencing)方式之几何校正品质亦有显着的提升。直接地理对位的品质取决于卫星成像时载体记录器的方位参数品质,载体所记录的成像相关参数统称为载体参数(On-board Data),该载体参数中感测器方位参数由卫星载体之全球定位系统(GlobalPositioning System)及恒星追踪仪(Star Tracker)取得。以IKONOS 为例,在无地面控制且不考虑地形起伏及拍摄倾角的影响下,其定位精度可达25米;QuickBird、WorldView-1及GeoEye-1则份别是23、6.5及2.5米(DigitalGlobe,2008;GeoEye,2009)。有别于以往数百米等级的误差,WorldView-1 及GeoEye-1 宣称无地面控制的情况下,可以达到小于10米的等级的误差

▲WorldView-1小于10米的等级的误差

  卫星影像几何处理包含严密几何改正模式(Rigorous Sensor Model)(Poli et al., 2004)及有理函数模式(Rational Function Model)(Fraser et al., 2006;Tao and Hu, 2002)。严密几何模式考量成像几何的物理特性,包括焦距、感测器大小、卫星成像时动态取样之方位等;有理函数模式则不考量成像几何的物理特性,以两个多项式的比值进行物像空间转换。为了减少控制点数量的需求,严密几何模式多使用载体参数资料,有理函数模式则使用感测器方位转换有理函数系数(Sensor-Oriented Rational Polynomial Coefficients)。现今各类原始卫星影像对于诠释资料(Metadata)的提供,可份为三大类:

  (1)仅提供载体参数,如SPOT系列卫星、福卫二号等。

  (2)仅提供感测器方位转换有理函数系数,如IKONOS。

  (3)同时提供载体参数及感测器方位转换有理函数系数,如QuickBird Basic、WorldView-1Basic 等。

  使用者可依所提供的诠释资料,选择不同的几何模式进行几何处理。

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