[发明专利]一种卫星影像通用成像模型拟合误差的改正方法及系统

说明书

本发明提供一种卫星影像通用成像模型拟合误差的改正方法及系统，首先进行基于严格几何成像模型的三维空间格网建立；进行重成像改正格网建立及像点格网坐标改正，包括以三次多项式拟合姿态元数据，建立理想影像对应的姿态多项式，设定重成像改正格网，利用姿态变换重成像计算初值，利用重成像改正格网内插计算像点格网对应的改正值；进行拟合残差统计检验及重成像改正格网优化，包括利用物方三维空间格网及改正后的像点格网，采用最小二乘法计算RPC参数，以RPC参数计算重成像改正格网对应的像点坐标，利用重成像改正格网及像点坐标计算通用成像模型的拟合残差，以格网点对应的拟合残差计算重成像改正格网的改正量，实现优化重成像改正格网。

技术领域

本发明属于遥感技术领域，具体涉及卫星影像有理多项式通用成像模型拟合误差的补偿和改正。

背景技术

卫星影像成像模型表达了像点坐标及对应目标点物方坐标之间的数学关系，是卫星影像几何处理的基础。卫星影像几何成像模型可以分为严格几何成像模型(RigorousGeometric Sensor Model，RSM)和通用有理多项式成像模型(Rational PolynomialFunction Sensor Model，RFM)两种。由于形式简单、通用性强、与传感器结构无关等优点，基于有理函数的通用成像模型已经成为使用最为广泛的成像模型，而且被卫星影像提供商普遍使用，几乎所有的卫星影像都提供了有理函数模型的RPC(Rational PolynomialCoefficients)参数。同时，几乎所有的卫星摄影测量处理软件都支持有理函数模型，而进行卫星影像几何处理。

有理函数模型的RPC参数一般根据卫星影像的严格几何模型采用地形无关的方法拟合得到，根据传感器的结构及成像特征建立严密几何成像模型是RPC建模的前提。严密几何成像模型一般以共线方程为基础，并根据传感器结构及成像特点做相应扩展。受外部空间环境和内部机械运作影响，卫星平台普遍存在不同程度的震颤，导致卫星姿态存在周期性的震荡现象。超高分辨率传感器一般搭载于敏捷卫星平台以异步推扫成像方式获取条带影像，由于在成像过程中传感器姿态动态变化，姿态高频扰动更加明显。同时，随着分辨率的提高，成像积分时间越来越短，导致影像变形对平台姿态扰动也越来越敏感。基于有理多项式的通用成像模型一般难以表达高频震颤导致的影像局部变形，造成立体影像具有系统性的上下视差(y-parallaxes)，并进一步导致这些影像生产的DSM具有明显的条纹效应，实践表明这一周期性高程系统误差在应用中不可接受。如何有效消除传感器姿态中的高频扰动和由此导致的影像变形，以建立高精度的通用成像模型并计算对应的RPC参数，对于高分辨率卫星影像高精度定位及应用具有重要价值。

RFM作为严格几何成像模型的近似，其拟合精度受限于影像覆盖范围，为了保证较高的RPC建模精度，一般而言，对于长条带影像，先按照分景规则(如World ReferenceSystem)划分为标准景(scenes)，然后针对标准景拟合RPC参数。在标准分景的局部影像范围内，由于影像长度不大，且轨道与姿态较为光滑，拟合误差很小(0.01像素级别)，该情况下可认为RPC参数等效于严格模型参数。中高分辨率卫星影像(例如，SPOT，IRS P5、Ziyuan-3、RapidEye)等一般采用标准分景模式。然而，QuickBird、WorldView等亚米级敏捷卫星则采用分段(segment)模式生成标准1级影像产品，由于影像长度较大，为便于分发存储，一个条带被划分成多个子块(tile)，每个子块对应不同的RPC，由此导致应用不方便：

(1)重叠区域同一个物方坐标对应像点不完全相同；

(2)增加了影像定位对地面控制点的需求；

(3)立体模型构成复杂；

(4)影像坐标转换麻烦，尤其是地面坐标投影至影像坐标时，需要通过迭代计算确定地面点位于哪个子块，而使用对应的RPC参数。