高分卫星成像模型

1、高分辨率卫星遥感图像的高分辨率卫星遥感图像的成像模型成像模型李劲澎内容内容n一、典型高分辨率遥感卫星n二、高分辨率卫星遥感图像严格成像模型n三、高分辨率卫星遥感图像通用成像模型2一、典型高分辨率遥感卫星3卫星名称卫星名称所属国家所属国家发射时间发射时间地面分辨率地面分辨率IKONOS美国1999年9月24日1mQuickBird美国2001年10月18日0.61mSPOT-5法国2002年5月4日2.5mCBERS-02B中国与巴西2007年9月19日2.36m资源三号中国2012年1月9日2.1m一、典型高分辨率遥感卫星uSPOT-5 HRS数据SPOT-5卫星：2002年5月4日发射，轨道

2、高度822km；HRS传感器配有前视和后视2套光学成像系统，共用一个全色波段的线阵CCD传感器。传感器传感器HRSHRS焦距焦距/mm/mm580像元尺寸像元尺寸/ / 12000 6.5视场角视场角/ /地面分辨率地面分辨率/m/m5（沿轨）10（垂轨）前视、后视与下视夹角前视、后视与下视夹角/ /4一、典型高分辨率遥感卫星u资源三号卫星数据资源三号卫星是我国第一颗民用三线阵立体测图卫星，于2012年1月9日成功发射，轨道高度约500km，轨道倾角约97.5度，卫星共搭载了4台光学相机，包括前后视分辨率为3.5m、下视分辨率为2.1m的三线阵测绘相机和分辨率为5.8m的多光谱相机。传感器传感

3、器三线阵三线阵CCD相机相机光谱范围光谱范围/ / 0.50.8地面分辨率地面分辨率/m/m下视2.1前后视3.5焦距焦距/mm/mm1700量化比特数量化比特数/bit/bit10视场角视场角/ /6像元尺寸像元尺寸/ / 下视24576(8192 3) 7前后视16384(4096 4) 10前视、后视与下视夹角前视、后视与下视夹角/ /5一、典型高分辨率遥感卫星u天绘一号卫星数据天绘一号卫星是我国第一颗传输型立体测绘遥感卫星，于2010年8月24日成功发射入轨，标称轨道高度为500km，回归周期58天，其搭载的光学成像传感器包括高分辨率相机、三线阵和4个小面阵混合配置的LMCCD相机以及

4、4个波段的多光谱相机，可以获取2m分辨率的全色影像、5m分辨率的三线阵CCD立体影像以及10m分辨率的多光谱影像。6二、高分辨率卫星遥感影像严格成像模型高分辨率遥感卫星成像传感器多为线阵CCD传感器；成像方式：行中心投影与列平行投影结合；每一扫描行外方位元素随成像时刻的不同而变化，求解每一时刻的外方位元素不太现实，需要对成像时刻的外方位元素用数学模型进行合理的内插，同时可以减少未知数的个数，使求解成为可能。2.1光学卫星成像几何7二、外方位元素建模及数据说明2.1光学卫星成像几何8轨道运行方向扫描线方向O1OkOnccco1okPnpnpkp1xnxkx1l1lklnon坐标系9卫星运动方向0

5、1Z1X1Y1CCD 阵列影像获取系统column 象素观测方向X0Y0本体坐标系传感器坐标系图像坐标系坐标系10卫星运动方向O2Z2X2Y2象素观测方向轨道坐标系轨道坐标系地心直角坐标系2.2光学卫星影像的共线方程11cxmZZYYXXkBSFBGFCISsss0RRR地面点卫星地心2.2光学卫星影像的共线方程l 一般多项式模型122.2光学卫星影像的共线方程l定向片内插模型 定向片法平差一般采用Lagrange多项式进行外方位元素内插。在图中，假设地面点P的下视像点 成像于扫描行 ，其位于定向片 和 之间，如果采用三次Lagrange多项式内插，则第 扫描行的外方位元素可利用相邻4个定向片

6、 、 、 和 的外方位元素内插得到，即：NpK1K PpFpNpBK-1KK+1K+2定向片内插模型示意图j1K K1K 2K 2211( )( )KKkjii Kk Kikk ittP tP tttj132.2光学卫星影像的共线方程SPOT-5 HRS影像严格成像模型扫描行成像时刻的确定像点在本体坐标系下的坐标142.2光学卫星影像的共线方程SPOT-5 HRS影像严格成像模型卫星本体坐标系与轨道坐标系之间的变换轨道坐标系与WGS-84坐标系之间的变换152.2光学卫星影像的共线方程 SPOT-5 HRS影像严格成像模型162.2光学卫星影像的共线方程资源三号卫星三线阵CCD影像严格成像模型

7、扫描行成像时刻的确定像点在本体坐标系下的坐标卫星本体坐标系与J2000坐标系之间的变换172.2光学卫星影像的共线方程 资源三号卫星三线阵CCD影像严格成像模型J2000坐标系与WGS-84坐标系之间的变换 为极移矩阵， 为地球自转矩阵， 为岁差章动矩阵。资源三号卫星三线阵CCD影像的严格成像模型182.2光学卫星影像的共线方程 天绘一号卫星三线阵CCD影像严格成像模型 由精密定轨数据确定； 为下视相机相对于CGCS2000坐标系的旋转角构成的旋转矩阵，由精密定姿数据确定； 为前视相机、后视相机相对于下视相机的夹角所构成的旋转矩阵； 为CCD在焦平面的旋转角所构成的旋转矩阵； 为在CCD线阵上

8、探元在 方向的偏移误差，实验室共标定了线阵上30个探元的偏移误差； 为像点在像空间坐标系下的坐标，以 轴为飞行方向；192.3仿射变换模型20视场角视场角不超过不超过6度度中心投影中心投影平行投影平行投影2.3仿射变换模型21x,yzfH图像平面SfO地面)(cyp)(aaypgPymZfHm/图图1 模型缩小模型缩小图图2 投影转换投影转换t2.3仿射变换模型2201230123costanmxaa Xa Ya ZZfmmybb Xb Yb Zfy三、高分辨率卫星遥感影像通用成像模型n3.1 一般多项式模型233.2直接线性变换模型2412349101156789101111l Xl Yl

9、Zlxl Xl Yl Zl Xl Yl Zlyl Xl Yl Z2123412910115678139101111l Xl Yl Zlxl xl Xl Yl Zl Xl Yl Zlyl xyl Xl Yl Z1234910115678129101111l Xl Yl Zlxl Xl Yl Zl Xl Yl Zlyl xyl Xl Yl Z扩展DLT自检校DLT3.3 RFM模型n研究表明，在RPC模型中，光学投影系统产生的误差用有理多项式中的一次项来表示，地球曲率、大气折射和镜头畸变等产生的误差能很好的用有理多项式中二次项来模型化，其他一些未知的具有高阶分量的误差如相机震动等，用有理多项式中的

10、三次项来表示25有理函数模型的9种形式26多项式阶数多项式阶数分母分母有理多项式有理多项式系数个数系数个数所需的最少所需的最少控制点数控制点数3 37878393959593030404020202 23838191929291515202010101 114147 711116 68 84 424PP241PP241PP24PP241PP241PP24PP241PP241PP地形无关方案n步骤如下：n1.生成虚拟控制格网；n2.生成检查点格网；n3.用控制格网点解算有理多项式系数；n4.利用检查点进行精度评定。27地形相关方案n求解过程与地形无关方案的过程一致，区别在于要用实测地面控制点取代虚拟的控制格网点。n依赖于控制点的数量、分布以及实际的地形起伏28有理函数模型的特点n良好的内插性能良好的内插性能n独立于遥感传感器独立于遥感传感器n独立于坐标参考系独立于坐标参考系n形式简单；保密性好形式简单；保密性好；无须影像预处理，无须影像预处理，便于实时处理便于实时处理n过度参数化过度参数化；更新困难更新困难2930模型类型模型类型模型名称模型名称理论基础理论基础构建条件构建条件定位精度定位精度严格成像严格成像模