1、高分辨率衛星遙感圖像的高分辨率衛星遙感圖像的成像模型成像模型李勁澎內容內容n一、典型高分辨率遙感衛星n二、高分辨率衛星遙感圖像嚴格成像模型n三、高分辨率衛星遙感圖像通用成像模型2一、典型高分辨率遙感衛星3衛星名稱衛星名稱所屬國家所屬國家發射時間發射時間地面分辨率地面分辨率IKONOS美國1999年9月24日1mQuickBird美國2001年10月18日0.61mSPOT-5法國2002年5月4日2.5mCBERS-02B中國與巴西2007年9月19日2.36m資源三號中國2012年1月9日2.1m一、典型高分辨率遙感衛星uSPOT-5 HRS數據SPOT-5衛星：2002年5月4日發射，軌道

2、高度822km；HRS傳感器配有前視和后視2套光學成像系統，共用一個全色波段的線陣CCD傳感器。傳感器傳感器HRSHRS焦距焦距/mm/mm580像元尺寸像元尺寸/ / 12000 6.5視場角視場角/ /地面分辨率地面分辨率/m/m5（沿軌）10（垂軌）前視、后視與下視夾角前視、后視與下視夾角/ /4一、典型高分辨率遙感衛星u資源三號衛星數據資源三號衛星是我國第一顆民用三線陣立體測圖衛星，于2012年1月9日成功發射，軌道高度約500km，軌道傾角約97.5度，衛星共搭載了4臺光學相機，包括前后視分辨率為3.5m、下視分辨率為2.1m的三線陣測繪相機和分辨率為5.8m的多光譜相機。傳感器傳感

3、器三線陣三線陣CCD相機相機光譜范圍光譜范圍/ / 0.50.8地面分辨率地面分辨率/m/m下視2.1前后視3.5焦距焦距/mm/mm1700量化比特數量化比特數/bit/bit10視場角視場角/ /6像元尺寸像元尺寸/ / 下視24576(8192 3) 7前后視16384(4096 4) 10前視、后視與下視夾角前視、后視與下視夾角/ /5一、典型高分辨率遙感衛星u天繪一號衛星數據天繪一號衛星是我國第一顆傳輸型立體測繪遙感衛星，于2010年8月24日成功發射入軌，標稱軌道高度為500km，回歸周期58天，其搭載的光學成像傳感器包括高分辨率相機、三線陣和4個小面陣混合配置的LMCCD相機以及

4、4個波段的多光譜相機，可以獲取2m分辨率的全色影像、5m分辨率的三線陣CCD立體影像以及10m分辨率的多光譜影像。6二、高分辨率衛星遙感影像嚴格成像模型高分辨率遙感衛星成像傳感器多為線陣CCD傳感器；成像方式：行中心投影與列平行投影結合；每一掃描行外方位元素隨成像時刻的不同而變化，求解每一時刻的外方位元素不太現實，需要對成像時刻的外方位元素用數學模型進行合理的內插，同時可以減少未知數的個數，使求解成為可能。2.1光學衛星成像幾何7二、外方位元素建模及數據說明2.1光學衛星成像幾何8軌道運行方向掃描線方向O1OkOnccco1okPnpnpkp1xnxkx1l1lklnon坐標系9衛星運動方向0

5、1Z1X1Y1CCD 陣列影像獲取系統column 象素觀測方向X0Y0本體坐標系傳感器坐標系圖像坐標系坐標系10衛星運動方向O2Z2X2Y2象素觀測方向軌道坐標系軌道坐標系地心直角坐標系2.2光學衛星影像的共線方程11cxmZZYYXXkBSFBGFCISsss0RRR地面點衛星地心2.2光學衛星影像的共線方程l 一般多項式模型122.2光學衛星影像的共線方程l定向片內插模型 定向片法平差一般采用Lagrange多項式進行外方位元素內插。在圖中，假設地面點P的下視像點 成像于掃描行 ，其位于定向片 和 之間，如果采用三次Lagrange多項式內插，則第 掃描行的外方位元素可利用相鄰4個定向片

6、 、 、 和 的外方位元素內插得到，即：NpK1K PpFpNpBK-1KK+1K+2定向片內插模型示意圖j1K K1K 2K 2211( )( )KKkjii Kk Kikk ittP tP tttj132.2光學衛星影像的共線方程SPOT-5 HRS影像嚴格成像模型掃描行成像時刻的確定像點在本體坐標系下的坐標142.2光學衛星影像的共線方程SPOT-5 HRS影像嚴格成像模型衛星本體坐標系與軌道坐標系之間的變換軌道坐標系與WGS-84坐標系之間的變換152.2光學衛星影像的共線方程 SPOT-5 HRS影像嚴格成像模型162.2光學衛星影像的共線方程資源三號衛星三線陣CCD影像嚴格成像模型

7、掃描行成像時刻的確定像點在本體坐標系下的坐標衛星本體坐標系與J2000坐標系之間的變換172.2光學衛星影像的共線方程 資源三號衛星三線陣CCD影像嚴格成像模型J2000坐標系與WGS-84坐標系之間的變換 為極移矩陣， 為地球自轉矩陣， 為歲差章動矩陣。資源三號衛星三線陣CCD影像的嚴格成像模型182.2光學衛星影像的共線方程 天繪一號衛星三線陣CCD影像嚴格成像模型 由精密定軌數據確定； 為下視相機相對于CGCS2000坐標系的旋轉角構成的旋轉矩陣，由精密定姿數據確定； 為前視相機、后視相機相對于下視相機的夾角所構成的旋轉矩陣； 為CCD在焦平面的旋轉角所構成的旋轉矩陣； 為在CCD線陣上

8、探元在 方向的偏移誤差，實驗室共標定了線陣上30個探元的偏移誤差； 為像點在像空間坐標系下的坐標，以 軸為飛行方向；192.3仿射變換模型20視場角視場角不超過不超過6度度中心投影中心投影平行投影平行投影2.3仿射變換模型21x,yzfH圖像平面SfO地面)(cyp)(aaypgPymZfHm/圖圖1 模型縮小模型縮小圖圖2 投影轉換投影轉換t2.3仿射變換模型2201230123costanmxaa Xa Ya ZZfmmybb Xb Yb Zfy三、高分辨率衛星遙感影像通用成像模型n3.1 一般多項式模型233.2直接線性變換模型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擴展DLT自檢校DLT3.3 RFM模型n研究表明，在RPC模型中，光學投影系統產生的誤差用有理多項式中的一次項來表示，地球曲率、大氣折射和鏡頭畸變等產生的誤差能很好的用有理多項式中二次項來模型化，其他一些未知的具有高階分量的誤差如相機震動等，用有理多項式中的

10、三次項來表示25有理函數模型的9種形式26多項式階數多項式階數分母分母有理多項式有理多項式系數個數系數個數所需的最少所需的最少控制點數控制點數3 37878393959593030404020202 23838191929291515202010101 114147 711116 68 84 424PP241PP241PP24PP241PP241PP24PP241PP241PP地形無關方案n步驟如下：n1.生成虛擬控制格網；n2.生成檢查點格網；n3.用控制格網點解算有理多項式系數；n4.利用檢查點進行精度評定。27地形相關方案n求解過程與地形無關方案的過程一致，區別在于要用實測地面控制點取代虛擬的控制格網點。n依賴于控制點的數量、分布以及實際的地形起伏28有理函數模型的特點n良好的內插性能良好的內插性能n獨立于遙感傳感器獨立于遙感傳感器n獨立于坐標參考系獨立于坐標參考系n形式簡單；保密性好形式簡單；保密性好；無須影像預處理，無須影像預處理，便于實時處理便于實時處理n過度參數化過度參數化；更新困難更新困難2930模型類型模型類型模型名稱模型名稱理論基礎理論基礎構建條件構建條件定位精度定位精度嚴格成像嚴格成像模