CN105513018B - 星载摆扫成像几何校正方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种星载摆扫成像几何校正方法和装置，在图像校正过程中，建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型，依据所述严格成像模型进行校正处理，实现了工程化图像处理系统对星载摆扫成像数据的业务化高精度几何校正系统。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，更具体地说，涉及一种星载摆扫成像几何校正方法和装置。
背景技术
卫星遥感可见光线阵成像载荷，主要有沿飞行方向推扫和垂直飞行方向的摆扫两种成像方式。其中，红外相机多采用摆扫成像的方式，例如我国的CBERS系列卫星、HJ1B等卫星的红外载荷都是采用摆扫成像方式进行图像采集的。为了实现对图像的高精度的几何校正，特别是在数据分辨率提高的情况下，对数据的几何定位精度要求也越来越高，在全球SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)等DEM(数字高清模型)数据的支持下，通过高精度几何校正模型的构建，处理出高精度的数据成为可能。
如何实现摆扫卫星载荷数据高精度几何定位，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种星载摆扫成像几何校正方法和装置，用于实现摆扫卫星载荷数据高精度几何定位。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种星载摆扫成像几何校正方法，应用于卫星图像处理系统中，包括：
建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型；
依据所述严格成像模型建立每个扫描条带图像从物方到像方的RPC参数；
采用所述严格成像模型计算得到输入图像的四个角点的经纬度，依据投影和分辨率计算得到输出图像的大小，建立所述输出图像的行列号映射到经纬度的第一计算模型、基于所述第一计算模型的计算结果将输出图像的行列号转换到输入图像的行列号的第二计算模型；
利用所述第一计算模型计算得到输出图像的每个像元的经纬度和与所述经纬度对应的高程；
利用所述第二计算模型对利用所述第一计算模型得到的经纬度和高程进行计算得到与所述输出图像的每个像元对应的输入图像中的行列号初值；
根据所述行列号初值中的行号，得到与所述行列号初值对应的第一扫描条带号；
获取与所述第一扫描条带号对应的扫描条带的第一RPC参数，依据所述第一RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第一行列号；
判断所述第一行列号是否包含于所述第一扫描条带号对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，对所述第一行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号，否则，选择与所述第一扫描条带号相邻的第二扫描条带号对应的扫描条带的第二RPC参数，依据所述第二RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第二行列号，判断所述第二行列号是否包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，对所述第二行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号。
优选的，上述星载摆扫成像几何校正方法中，所述建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型包括：
利用相机数据，由像元的初始光轴矢量方向出发，依次经相机坐标系、轨道坐标系、J2000.0坐标系和WGS84坐标系转换后，建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型，其中，所述相机数据是卫星下传的辅助数据已经被标定了的相机数据。
优选的，上述星载摆扫成像几何校正方法中，判断所述第二行列号不包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内，还包括：
分别依据第一和第二RPC参数进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果进行加权，将加权后的重采样结果赋值给输出图像。
优选的，上述星载摆扫成像几何校正方法中，所述计算得到输出图像的每个像元的经纬度和高程，包括：
依据输出图像的起始坐标和分辨率，计算每个像元对应的投影坐标，利用反投影计算每个像元对应的经纬度，根据计算得到经纬度由DEM数据文件中获取每个像元对应的高程。
优选的，上述星载摆扫成像几何校正方法中，所述严格成像模型的表现形式为：
其中，所述[XS，YS，ZS]为卫星在协议地心坐标系中的位置，所述[XG，YG，ZG]为像元对应的地面目标点在协议地心坐标系中的坐标，所述psiX为图像对应的相机像元主光轴单位矢量，所述psiY为卫星本体坐标系X轴、Y轴的夹角，所述u为比例因子，所述M0为卫星本体坐标系相对于相机的安装矩阵，所述M1为卫星至轨道坐标系旋转矩阵，所述M2为轨道至J2000.0坐标系旋转矩阵，所述M3为J2000.0坐标系至WGS84坐标系旋转矩阵。
一种星载摆扫成像几何校正装置，应用于卫星图像处理系统中，包括：
模型生成单元，用于建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型；
RPC参数生成单元，用于依据所述严格成像模型建立每个扫描条带图像从物方到像方的RPC参数；
第一处理单元，用于采用所述严格成像模型计算得到输入图像的四个角点的经纬度，依据投影和分辨率计算得到输出图像的大小，建立所述输出图像的行列号映射到经纬度的第一计算模型、基于所述第一计算模型的计算结果将输出图像的行列号转换到输入图像的行列号的第二计算模型；
坐标计算单元，用于利用所述第一计算模型计算得到输出图像的每个像元的经纬度和与所述经纬度对应的高程；
初值计算单元，用于利用所述第二计算模型对利用所述第一计算模型得到的经纬度和高程进行计算得到与所述输出图像的每个像元对应的输入图像中的行列号初值；
扫描条带号获取单元，用于根据所述行列号初值中的行号，得到与所述行列号初值对应的第一扫描条带号；
行列号计算单元，用于获取与所述第一扫描条带号对应的扫描条带的第一RPC参数，依据所述第一RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第一行列号；
第二处理单元，用于判断所述第一行列号是否包含于所述第一扫描条带号对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，对所述第一行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号，否则，选择与所述第一扫描条带号相邻的第二扫描条带号对应的扫描条带的第二RPC参数，依据所述第二RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第二行列号，判断所述第二行列号是否包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，对所述第二行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号。
优选的，上述星载摆扫成像几何校正装置中，所述模型生成单元包括：
子模型生成单元，用于利用相机数据，由像元的初始光轴矢量方向出发，依次经相机坐标系、轨道坐标系、J2000.0坐标系和WGS84坐标系转换后，建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型，其中，所述相机数据是卫星下传的辅助数据已经被标定了的相机数据。
优选的，上述星载摆扫成像几何校正装置中，所述第二处理单元，还包括：
第一子处理单元，用于当判断所述第二行列号不包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内时，分别依据第一和第二RPC参数进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果进行加权，将加权后的重采样结果赋值给输出图像。
优选的，上述星载摆扫成像几何校正装置中，所述坐标计算单元，包括：
子坐标计算单元，用于依据输出图像的起始坐标和分辨率，计算每个像元对应的投影坐标，利用反投影计算每个像元对应的经纬度，根据计算得到经纬度由DEM数据文件中获取每个像元对应的高程。
优选的，上述星载摆扫成像几何校正装置中，所述严格成像模型的表现形式为：
其中，所述[XS，YS，ZS]为卫星在协议地心坐标系中的位置，所述[XG，YG，ZG]为像元对应的地面目标点在协议地心坐标系中的坐标，所述psiX为图像对应的相机像元主光轴单位矢量，所述psiY为卫星本体坐标系X轴、Y轴的夹角，所述u为比例因子，所述M0为卫星本体坐标系相对于相机的安装矩阵，所述M1为卫星至轨道坐标系旋转矩阵，所述M2为轨道至J2000.0坐标系旋转矩阵，所述M3为J2000.0坐标系至WGS84坐标系旋转矩阵。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的星载摆扫成像几何校正方法和装置，通过基于每个扫描条带周期内数据分别构建严格成像模型的方法，建立每个扫描带内数据像方和物方坐标的正反算模型，实现了星载摆扫成像过程中的高精度的几何校正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的一种星载摆扫成像几何校正方法的流程图；
图2为本申请实施例公开的一种星载摆扫成像几何校正装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种于卫星图像处理系统中的星载摆扫成像几何校正方法和装置，用于遥感卫星搭载的摆扫相机的多波段CCD图像高精度几何校正处理。
参见图1，本申请公开的所述星载摆扫成像几何校正方法可以包括：
步骤S101：建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型；
其中，建立所述严格成像模型的过程大致包括：
具体过程为：利用卫星下传的辅助数据已经标定后的相机数据，由像元的初始光轴矢量方向出发，经相机坐标系、轨道坐标系、J2000.0坐标系和WGS84坐标系转换后，建立图像中每个像元处严格成像几何模型；
在上述方法中，在每次摆扫成像过程中，每个扫描条带获取相机内方位元素、外方位元素、轨道、行时、摆扫速度等辅助数据，依据所获取到的上述相机内方位元素、外方位元素、轨道、行时等辅助数据即可建立每个扫描条带中各像元对应的严格成像模型；其中，所述相机内方位元素可以包括：焦距、像元尺寸、主点以及主距等参数，所述外方位元素包括扫卫星位置、姿态等参数；
该步骤的详细过程可以包括：
步骤S1011：在该步骤中，获取每次摆扫成像过程中每个扫描条带的CCD探元对应的像元的参数，根据该像元的图像坐标(r，c)、以及摆扫速度参数，计算得到该像元对应的摄影时间imagingTime，其中，所述摄影时间可以通过对下传的辅助数据中下传的r行扫描起始时间和由扫描速度计算得到列号c对应的扫描时间进行计算得到；
步骤S1012：利用拉格朗日插值算法插值计算所述摄影时间imagingTime对应的卫星轨道位置(PX,PY,PZ,VX,VY,VZ)，其中，卫星下传的辅助数据中，包含以一定频次输出的轨道数据，所述摄影时间imagingTime对应的卫星轨道位置可以通过对所述摄影时间imagingTime前后对应的几组的轨道数据进行插值计算得到；
步骤S1013：利用拉格朗日算法插值计算得到所述摄影时间imagingTime时卫星本体相对于轨道坐标系的三轴姿态角(Roll,Pitch,Yaw)，其中，卫星下传的辅助数据中，包含以一定频次输出的姿态数据，所述摄影时间imagingTime对应的姿态数据可以用过对所述摄影imagingTime时刻前后几组的姿态数据进行插值计算得到；
步骤S1014：根据相机实验室测量数据(或轨定标数据)的内方位元素，获取所述像元的图像坐标(r,c)对应的第c个CCD探元的光轴指向角(psiX，psiY)；
步骤S1015：依据步骤S1011-1014计算得到的每个数据针对图像中的每个像元，利用相机内方位元素、轨道、姿态、行时等数据构建遥感影像的严格成像模型。
其中，在本申请上述实施例中，所述严格成像几何模型的表现形式可以为：
其中，所述[XS，YS，ZS]为卫星在协议地心坐标系中的位置，所述[XG，YG，ZG]为像元对应的地面目标点在协议地心坐标系中的坐标，所述psiX为图像对应的相机像元主光轴单位矢量，所述psiY为卫星本体坐标系X轴、Y轴的夹角，所述u为比例因子，所述M0为卫星本体坐标系相对于相机的安装矩阵，所述M1为卫星至轨道坐标系旋转矩阵，所述M2为轨道至J2000.0坐标系旋转矩阵，所述M3为J2000.0坐标系至WGS84坐标系旋转矩阵；
步骤S102：依据所述严格成像模型建立每个扫描条带图像从物方到像方的RPC参数；
该步骤具体包括：根据所述步骤S101中计算得到的严格成像模型，构建物方坐标(L、B、H)到像方坐标(r、c)的RFM模型，依据该RFM模型对于所述严格成像模型对应的扫描条带进行解析进行计算，即可得到与该扫描条带对应的RPC参数；
其中，所述步骤S102的详细过程可以包括：
步骤S1021：在利用公式2在输入图像上划分网格，并将其划分成3个以上的虚拟高程，通过公式2和公式3，计算得到所有格网点在一定高程H处的坐标(L、B)，利用格网点对像方坐标(ri、ci)和(Li、Bi、Hi)进行计算，得到由物方坐标(L、B、H)到像方坐标的RPC系数；
其中，本领域技术人员可以知晓的是，在上述公式中，所述X、Y、Z为地面点三维坐标，所述a、b分别为地球椭球模型的长短半轴，所述h为高程；
其中，本领域技术人员在依据本申请上述公式3的基础上，可以知晓的是，所述r用于表示像方坐标行号，所述c用于表示像方坐标列号；
其中，公式3中：
NumL(L，B，H)＝a1+a2L+a3B+a4H+a5LB+a6LH+a7BH
+A8L2+a9B2+a10H2+a11LBH+a12L3
+a13LB2+a14LH2+a15L2B+a16B3+a17BH2
+a18L2H+a19B2H+a20H3 (公式3.1)
DenL(L，B，H)＝b1+b2L+b3B+b4H+b5LB+b6LH+b7BH
+b8L2+b9B2+b10H2+b11LBH+b12L3
+b13LB2+b14LH2+b15L2B+b16Z3+b17BH2
+b18L2H+b19B2H+b20H3 (公式3.2)
Nums(L，B，H)＝c1+c2L+c3B+c4H+c5LB+c6LH+c7BH
+c8L2+c9B2+c10H2+c11LBH+c12L3
+c13LB2+c14LB2+c15L2B+c16B3+c17BH2
+c18L2B+c19B2H+c20H3 (公式3.3)
Dens(L，B，H)＝d1+d2L+d3B+d4H+d5LB+d6LH+d7BH
+d8L2+d9B2+d10H2+d11LBH+d12L3
+d13LB2+d14LH2+d15L2B+d16B3+d17BH2
+d18L2H+d1gB2H+d20H3 (公式3.4)
其中，本领域技术人员在参见所述公式3.1-3.4的基础上，可以知晓的是，所述L用于表示物方坐标经度，所述B用于表示物方坐标纬度，所述H用于表示物方坐标高程，所述a1、a2、a3...a20，b1、b2、b3...b20，c、c2、c3...c20，d1、d2、d3...d20为均用于表示RPC系数。
步骤S103：采用所述严格成像模型计算得到输入图像的四个角点的经纬度，依据投影和分辨率计算得到输出图像的大小，建立所述输出图像的行列号映射到经纬度的第一计算模型、输出图像的行列号转换到输入图像的行列号的第二计算模型；
该步骤具体可以描述为：依据所述严格成像模型计算输入图像的四个角点的经纬度，对所述四个角点进行投影得到四个角点的投影坐标，通过计算最小、最大坐标及像元分辨率，得到输出图像的大小及输出图像的投影坐标，并根据输入图像的四个角点的行列号及其对应的输出图像的四个角点的行列号，计算得到输出图像的行列号到输入图像行列号的粗略转换模型(第二转换模型)；
步骤S104：利用第一计算模型计算得到输出图像的每个像元的经纬度、和与经纬度对应的高程；
所述步骤S104具体可以为：
根据输出图像的起始坐标和分辨率，计算每个像元对应的投影坐标，利用反投影法计算每个投影坐标对应的经纬度，根据计算得到经纬度由DEM数据文件中获取得到每个像元对应的高程，即得到该像元的坐标(L、B、H)；
其具体过程为：根据输出图像的像元的行列号x，y，计算得到对应的投影坐标X、Y，利用投影反变换，得到所述像元对应的经纬度(L、B)，然后再由DEM数据中获取与该经纬度对应的高程H，由此即可得到像元对应的坐标(L、B、H)；
可以理解的是，在该步骤中，为了保证有序的对输出图像的每个像元进行处理，该步骤中还可以包括：建立针对输出图像逐个像元处理的处理线程；
步骤S105：利用所述第二计算模型对所述经纬度和高程进行计算，得到与所述输出图像的每个像元对应的输入图像中的行列号初值；
步骤S106：根据所述行列号初值中的行号，得到与所述行列号初值对应的第一扫描条带号；
在本步骤中可以通过所述第一扫描条带号可确定与所述行列号初值对应的扫描条带，进而确定该扫描条带对应的RPC系数；
步骤S107：获取与所述第一扫描条带号对应的扫描条带的第一RPC参数，依据所述第一RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第一行列号；
在本步骤中，利用当前检测像元(L、B、H)所在扫描条带号对应的RPC系数计算得到该像元在输入图像上的第一行列号(r、c)；
步骤S108：判断所述第一行列号是否包含于所述第一RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，执行步骤S109，否则，执行步骤S110；
步骤S109：对所述第一行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号；
具体为：通过对所述第一行列号(r、c)进行位置和图像灰度插值，将得到的图像灰度值赋值给与所述第一行列号(r、c)对应的输出图行列号为(x，y)的像点；
步骤S110：选择与所述第一扫描条带号相邻的第二扫描条带号对应的扫描条带的第二RPC参数，依据所述第二RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第二行列号；
如果得到的所述第一行列号(r、c)未落在所述第一扫描条带的数据范围内，则需用与其相邻的上或下扫描条带重新计算与该像元相匹配的行列号，记为第二行列号；
步骤S111：判断所述第二行列号是否包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，执行步骤S112；
步骤S112：依据所述第二行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号。
可以理解的是，当判断所述第二行列号不包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内时，上述方法还可以包括：
步骤S113：分别依据所述第一和第二RPC参数进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果进行加权，将加权后的重采样结果赋值给输出图像对应的行列号。
如果出现，所述第一和第二行列号均不属于所述第一扫描条带号和第二扫描条带号对应的条带的数据范围内时，可则采用两个条带的位置和灰度插值结果进行加权处理，并赋值给输出图像对应的行列号，并输出处理结果。
可以理解的是采用本申请上述实施例公开的上述方案进行星载摆扫成像几何校正时，可采用上述方法依据预设的数据流程依次对每次摆扫每个波段的每个CCD探元的严格成像模型。
当然，在采用上述方法对图像的某一个波段像元的执行完成后，为了保证已经完成对图像所有波段的像元的处理，上述方法还可以包括：
判断是否完成所有图像中所有波段的处理，如果是，则结束，否则继续执行步骤S101，进行下一波段(未处理波段的像元)的数据处理：建立下一波段中每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型，并进行后续步骤的处理。
可以理解的是，在执行完步骤S102后，为了保证在步骤S103之前已计算得到所有扫描条带对应的RPC参数，在执行所述步骤S103之前还可以包括：
判断是否获取到所有扫描条带对应的RPC参数，如果否，条带号加1，并返回步骤S102，对下一扫描条带(未获取到RPC参数的扫描条带)进行处理，获取下一扫描条带的RPC参数，如果是继续执行步骤S103；
本申请上述实施例公开的方法通过针对星载摆扫相机载荷数据，设计了一种基于每个扫描条带周期内数据分别构建严格成像模型的方法，建立每个扫描带内数据像方和物方坐标的正反算模型，并基于全球DEM数据实现高精度的几何校正。
综上所述，参见本申请上述实施例公开的星载摆扫成像几何校正方法，可见，该方法中的物方拼接方法通过利用CCD探元的片间摄影几何约束关系，基于物方空间的连续性，建立虚拟扫描景与原始影像的像点坐标换算关系，进而实现对成像数据的无缝内视场拼接处理；同时还利用最小二乘法拟合得到理想CCD探元的内方位参数，有效改善了图像内部的几何畸变。
可以理解的是，针对于本申请上述实施例公开的星载摆扫成像几何校正方法，本申请还公开了一种星载摆扫成像几何校正装置，参见图2，该装置包括：
模型生成单元10，用于建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型；
RPC参数生成单元20，用于依据所述严格成像模型建立每个扫描条带图像从物方到像方的RPC参数；
第一处理单元30，用于采用所述严格成像模型计算得到输入图像的四个角点的经纬度，依据投影和分辨率计算得到输出图像的大小，建立所述输出图像的行列号映射到经纬度的第一计算模型、输出图像的行列号转换到输入图像的行列号的第二计算模型；
坐标计算单元40，用于计算得到输出图像的每个像元的经纬度和高程；
初值计算单元50，用于利用所述第二计算模型对所述经纬度和高程进行计算得到与所述输出图像的每个像元对应的输入图像中的行列号初值；
扫描条带号获取单元，用于根据所述行列号初值中的行号，得到与所述行列号初值对应的第一扫描条带号；
行列号计算单元60，用于获取与所述第一扫描条带号对应的扫描条带的第一RPC参数，依据所述第一RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第一行列号；
第二处理单元70，用于判断所述第一行列号是否包含于所述第一扫描条带号对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，对所述第一行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号，否则，选择与所述第一扫描条带号相邻的第二扫描条带号对应的扫描条带的第二RPC参数，依据所述第二RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第二行列号，判断所述第二行列号是否包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，对所述第二行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号。
与上述方法相对应，所述模型生成单元10包括：子模型生成单元，用于利用卫星下传的辅助数据已经标定后的相机数据，由像元的初始光轴矢量方向出发，依次经相机坐标系、轨道坐标系、J2000.0坐标系和WGS84坐标系转换后，建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型。
与上述方法相对应，所述第二处理单元70，还包括：
第一子处理单元，用于当判断所述第二行列号不包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内时，分别依据所述第一和第二RPC参数进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果进行加权，将加权后的重采样结果赋值给输出图像。
与上述方法相对应，所述坐标计算单元40可以包括：子坐标计算单元，用于依据输出图像的起始坐标和分辨率，计算每个像元对应的投影坐标，利用反投影计算每个像元对应的经纬度，根据计算得到经纬度由DEM数据文件中获取每个像元对应的高程。
与上述方法相对应，本申请上述实施例公开的所述模型生成单元10建立的所述严格成像模型的表现形式为：
其中，所述[XS，YS，ZS]为卫星在协议地心坐标系中的位置，所述[XG，YG，ZG]为像元对应的地面目标点在协议地心坐标系中的坐标，所述psiX为图像对应的相机像元主光轴单位矢量，所述psiY为卫星本体坐标系X轴、Y轴的夹角，所述u为比例因子，所述M0为卫星本体坐标系相对于相机的安装矩阵，所述M1为卫星至轨道坐标系旋转矩阵，所述M2为轨道至J2000.0坐标系旋转矩阵，所述M3为J2000.0坐标系至WGS84坐标系旋转矩阵。
本说明书中每个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，每个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种星载摆扫成像几何校正方法，其特征在于，应用于卫星图像处理系统中，包括：
建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型；
依据所述严格成像模型建立每个扫描条带图像从物方到像方的RPC参数；
采用所述严格成像模型计算得到输入图像的四个角点的经纬度，依据投影和分辨率计算得到输出图像的大小，建立所述输出图像的行列号映射到经纬度的第一计算模型、基于所述第一计算模型的计算结果将输出图像的行列号转换到输入图像的行列号的第二计算模型；
利用所述第一计算模型计算得到输出图像的每个像元的经纬度和与所述经纬度对应的高程；
利用所述第二计算模型对利用所述第一计算模型得到的经纬度和高程进行计算得到与所述输出图像的每个像元对应的输入图像中的行列号初值；
根据所述行列号初值中的行号，得到与所述行列号初值对应的第一扫描条带号；
获取与所述第一扫描条带号对应的扫描条带的第一RPC参数，依据所述第一RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第一行列号；
判断所述第一行列号是否包含于所述第一扫描条带号对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，对所述第一行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号，否则，选择与所述第一扫描条带号相邻的第二扫描条带号对应的扫描条带的第二RPC参数，依据所述第二RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第二行列号，判断所述第二行列号是否包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，对所述第二行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号。
2.根据权利要求1所述的星载摆扫成像几何校正方法，其特征在于，所述建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型，包括：
利用相机数据，由像元的初始光轴矢量方向出发，依次经相机坐标系、轨道坐标系、J2000.0坐标系和WGS84坐标系转换后，建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型，其中，所述相机数据是卫星下传的辅助数据已经被标定了的相机数据。
3.根据权利要求1所述的星载摆扫成像几何校正方法，其特征在于，判断所述第二行列号不包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内，还包括：
分别依据第一和第二RPC参数进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果进行加权，将加权后的重采样结果赋值给输出图像。
4.根据权利要求1所述的星载摆扫成像几何校正方法，其特征在于，所述计算得到输出图像的每个像元的经纬度和高程，包括：
依据输出图像的起始坐标和分辨率，计算每个像元对应的投影坐标，利用反投影计算每个像元对应的经纬度，根据计算得到经纬度由DEM数据文件中获取每个像元对应的高程。
5.根据权利要求1所述的星载摆扫成像几何校正方法，其特征在于，所述严格成像模型的表现形式为：
其中，所述[XS，YS，ZS]为卫星在协议地心坐标系中的位置，所述[XG，YG，ZG]为像元对应的地面目标点在协议地心坐标系中的坐标，所述psiX为图像对应的相机像元主光轴单位矢量，所述psiY为卫星本体坐标系X轴、Y轴的夹角，所述u为比例因子，所述M0为卫星本体坐标系相对于相机的安装矩阵，所述M1为卫星至轨道坐标系旋转矩阵，所述M2为轨道至J2000.0坐标系旋转矩阵，所述M3为J2000.0坐标系至WGS84坐标系旋转矩阵。
6.一种星载摆扫成像几何校正装置，其特征在于，应用于卫星图像处理系统中，包括：
模型生成单元，用于建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型；
RPC参数生成单元，用于依据所述严格成像模型建立每个扫描条带图像从物方到像方的RPC参数；
第一处理单元，用于采用所述严格成像模型计算得到输入图像的四个角点的经纬度，依据投影和分辨率计算得到输出图像的大小，建立所述输出图像的行列号映射到经纬度的第一计算模型、基于所述第一计算模型的计算结果将输出图像的行列号转换到输入图像的行列号的第二计算模型；
坐标计算单元，用于利用所述第一计算模型计算得到输出图像的每个像元的经纬度和与所述经纬度对应的高程；
初值计算单元，用于利用所述第二计算模型对利用所述第一计算模型得到的经纬度和高程进行计算得到与所述输出图像的每个像元对应的输入图像中的行列号初值；
扫描条带号获取单元，用于根据所述行列号初值中的行号，得到与所述行列号初值对应的第一扫描条带号；
行列号计算单元，用于获取与所述第一扫描条带号对应的扫描条带的第一RPC参数，依据所述第一RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第一行列号；
第二处理单元，用于判断所述第一行列号是否包含于所述第一扫描条带号对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，对所述第一行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号，否则，选择与所述第一扫描条带号相邻的第二扫描条带号对应的扫描条带的第二RPC参数，依据所述第二RPC参数计算所述行列号初值对应的输入图像中的第二行列号，判断所述第二行列号是否包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内，如果是，对所述第二行列号进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果赋值给输出图像对应的行列号。
7.根据权利要求6所述的星载摆扫成像几何校正装置，其特征在于，所述模型生成单元包括：
子模型生成单元，利用相机数据，由像元的初始光轴矢量方向出发，依次经相机坐标系、轨道坐标系、J2000.0坐标系和WGS84坐标系转换后，建立每次摆扫成像过程中每个扫描条带中每个探元对应的像元的严格成像模型，其中，所述相机数据是卫星下传的辅助数据已经被标定了的相机数据。
8.根据权利要求6所述的星载摆扫成像几何校正装置，其特征在于，所述第二处理单元，还包括：
第一子处理单元，用于当判断所述第二行列号不包含于所述第二RPC参数对应的扫描条带的扫描带数据内时，分别依据第一和第二RPC参数进行位置和图像灰度的重采样，将重采样结果进行加权，将加权后的重采样结果赋值给输出图像。
9.根据权利要求6所述的星载摆扫成像几何校正装置，其特征在于，所述坐标计算单元，包括：
子坐标计算单元，用于依据输出图像的起始坐标和分辨率，计算每个像元对应的投影坐标，利用反投影计算每个像元对应的经纬度，根据计算得到经纬度由DEM数据文件中获取每个像元对应的高程。
10.根据权利要求6所述的星载摆扫成像几何校正装置，其特征在于，所述严格成像模型的表现形式为：
其中，所述[XS，YS，ZS]为卫星在协议地心坐标系中的位置，所述[XG，YG，ZG]为像元对应的地面目标点在协议地心坐标系中的坐标，所述psiX为图像对应的相机像元主光轴单位矢量，所述psiY为卫星本体坐标系X轴、Y轴的夹角，所述u为比例因子，所述M0为卫星本体坐标系相对于相机的安装矩阵，所述M1为卫星至轨道坐标系旋转矩阵，所述M2为轨道至J2000.0坐标系旋转矩阵，所述M3为J2000.0坐标系至WGS84坐标系旋转矩阵。
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