[发明专利]基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，尤其涉及一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法。

背景技术

在航空遥感中，由于海面上空气流动复杂、波动大，飞机飞行姿态易受影响，使得机载多光谱遥感扫描仪成像姿态不稳定，图像几何畸变严重，在数据应用前必须首先进行几何校正。但由于部分多光谱遥感扫描仪未带有IMU/POS(Inertial Measurement Unit/Position and Orientation Solutions)等姿态角测量设备，给几何校正带来了极大挑战。本发明是一种无姿态信息条件下的基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法。

国外机载多光谱扫描图像几何特性的研究开展较早，从20世纪60年代开始，一直为人们所关注。传统的几何纠正方法，利用参考点和最小二乘法拟合求取空间转换多项式，经过插值求得校正图像。该法能在一定程度上消除图像的整体畸变，但对参考点要求较高，且多为野外测量参考点坐标，人力物力消耗大。

早期的几何校正方法仅利用控制点和最小二乘法拟合求取空间转换多项式，经插值求得校正图像，但对于由平台姿态、运动变化引起的高频畸变则无法消除。到了1990年，B.J.Devereux等提出了匹配Delannay三角形的机载多光谱扫描图像几何畸变校正方法^[1]。与传统方法相比，该方法虽在精度上略有提高，但同样需选取大量的控制点以形成三角形联网。另一类校正方法称非参数校正方法^[2]，将原始图像和校正图像空间坐标间的差异视为二维随机场，其利用一组控制点，对每一点计算其原始空间坐标与校正空间坐标的差值，通过加权平均来完成几何校正，权因子与至每个GCP的距离成反比。随着惯导系统以及GPS定位技术的发展，从空间实现象元点几何定位已成为可能。美国、加拿大等欧美国家具有先进的POS/DG(Position and Orientation Solutions for Direct Georeferencing)等测量飞行姿态角的设备，建立了相应的校正模式，对没有姿态角的情况研究较少。

在我国，机载多光谱扫描图像几何特性研究起步较晚。其中中科院上海技术物理所研制的一个机载多光谱成像仪OMIS系统，该系统将成像技术和光谱技术结合在一起，在连续光谱段上对同一地物同时成像。对OMIS数据，人们做了一些航拍变形校正探讨。郭小方^[3]详细分析了导致机载多光谱扫描图像几何畸变的因素，包括三个飞行姿态角变化、速高比不定、地面起伏等。张静波^[4]利用OMIS数据，针对中低空机载成像光谱图像正切投影变形等几何失真因素，建立了航空高光谱图像单因素几何校正模型，得出一种几何畸变综合校正方法，其中正切校正模式原理是：以扫描线中心像元为起点，利用重采样技术，以中心像元大小为定步长，分别向扫描线两端展点，然后进行插值运算求出定步长各像元的灰度值。由于中心像元大小为定步长，向扫描线两端展点的方法是一样的。该方法基本消除了正切畸变，效果较好，但没有完成最后的精校正。袁修孝^[5]构建了类似的推扫式传感器纠正方程，不过该方程更多是利用成像数学关系，考虑地表情况不多。

针对海洋遥感图像参考点难以提取的情况，毛志华^[6]提出了一种利用海岸线选参考点的方法，将海岸线的拐点等设为参考点来校正卫星遥感数据。刘涛^[7]利用航空多光谱遥感器附带的GPS数据和飞行参数，提出反演飞机姿态几何纠正法。该法首先对原始数据进行剔除辅助数据、消除时间延迟、转换地理坐标系、GPS插值处理等预处理，接着给出一种飞机可能的飞行模式。该模式假设飞机在一秒内做圆周运动，然后利用飞行动力学原理，反演出滚动角(扫描仪的侧翻角)、俯仰角等姿态参数。最后利用构象方程，计算像元坐标。在没有姿态角的情况下，该法进行了几何校正的探索性研究，校正精度比以往的两秒校正模式有很大提高，很好的解决航空多光谱遥感影像几何粗校正问题。为满足生产需求，我们需要在此基础上进行几何精校正。

相对航空遥感平台，高精度高分辨率卫星SPOT等航天遥感器轨道高、成像稳定、几何变形较小，因此可以采用与高分辨率卫星影像配准的方法，纠正航空多光谱遥感图像变形。

参考文献：