CN110490830A - 一种农业遥感图像校正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农业遥感图像校正方法及系统,该方法包括:将多个遥感图像在GPS坐标系中进行拼接,获得一幅拼接的遥感图像;将拼接的遥感图像在GPS坐标系下的空间向量转换为WGS‑84坐标系下的空间向量;在地面上找到与拼接的遥感图像中对应的N个点作为标准点,N为大于或等于2的整数;根据N个标准点在地面上的GPS坐标对应的WGS‑84坐标系下的第一空间向量组和N个标准点在拼接的遥感图像中的坐标对应的WGS‑84坐标系下的第二空间向量组确定校验四元数;根据校验四元数对拼接的遥感图像中所有坐标点进行校正。本发明将多个遥感图像统一坐标系,使遥感图像中遥感图像中坐标点根据对应的地面位置进行校正,提高了遥感图像中遥感数据的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及遥感图像校正技术领域,特别是涉及一种农业遥感图像校正方 法及系统。
背景技术
我国一直以来都是农业大国,随着近几年来遥感技术的快速发展,高分辨 率卫星遥感影像在国民生产建设各领域特别是农业监测中的应用越来越广泛。 遥感技术具有获取信息效率高的特点,可以及时地监测农业资源和农作物的生 长状况等信息,这项技术在我国农业监测预警领域有着非常高的使用价值,利 用遥感技术得到的监测数据使得农业监测预警领域的工作变得更方便快捷,早 年间在对利用土地估测土地的覆盖面积时以及对土地上所种植的农作物的产 量进行估量时沿用的还是传统的方法,但遥感技术的出现,在完成以上这些工 作时可以利用3S集成技术对农作物的长势进行实时的诊断和研究。
大豆在不同生长阶段的体内含水量、色素含量、养分含量、植株形态等方 面都会发生变化,从而导致其光谱特征发生变化。利用卫星遥感技术进行大豆 生长监测,就是根据大豆光谱特性的改变,分析不同长势的大豆在不同波段上 表现出的差异,构建模型,识别大豆的种植区,监测大豆生长状况,预测其产 量和品质。随着我国对地观测系统的高速发展,特别是近年来高分重大专项的 实施,陆续发射了我国自主研制的各类高分辨率卫星,组网使用后将为全国和 全球的大豆生产遥感监测提供高质量的高时间、高空间和高光谱卫星遥感数 据。然而,在获取遥感影像的过程中,受卫星姿态定位误差、相机成像误差等影响,使得遥感图像每个像元所对应的地面位置(经纬度)都具有一定的偏差。
发明内容
本发明的目的是提供一种农业遥感图像校正方法及系统,使遥感图像中遥 感图像上坐标点根据对应的地面位置进行校正,提高了遥感图像中遥感数据的 准确度。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种农业遥感图像校正方法,该方法包括:
提取多个遥感图像;
将多个所述遥感图像在GPS坐标系中进行拼接,获得一幅拼接的遥感图 像;
将所述拼接的遥感图像在GPS坐标系下的空间向量转换为WGS-84坐标 系下的空间向量;
在地面上找到与所述拼接的遥感图像中对应的N个点作为标准点,N为 大于或等于2的整数;
根据N个所述标准点在地面上的GPS坐标对应的WGS-84坐标系下的第 一空间向量组和N个所述标准点在所述拼接的遥感图像中的坐标对应的 WGS-84坐标系下的第二空间向量组确定校验四元数;
根据校验四元数对所述拼接的遥感图像中所有坐标点进行校正。
可选的,所述遥感图像中每个坐标点(x′,y′)对应一个地理坐标信息(Long,Lat),Long表示经度,Lat表示纬度。
可选的,所述将所述拼接的遥感图像在GPS坐标系下空间向量转换为 WGS-84坐标系下空间向量的向量转换公式为:
v表示WGS-84坐标系下的空间向量。
可选的,所述校验四元数表示为:ω表示所述第一空 间向量组与所述第二空间向量组的正交投影得到的矩阵的特征向量,将所述校 验四元数转变为变换矩阵的形式,所述变换矩阵表示为:则u=E·v,u表示所述拼接的 遥感图像中的空间向量v校正后的空间向量。
可选的,所述校正后的空间向量u转换为经纬度的公式为:
Latadj=arcsinu(3),
空间向量u为3行1列的向量,u(1)表 示空间向量u的第一行的元素,u(2)表示空间向量u的第二行的元素,u(3)表 示空间向量u的第三行的元素,Latadj表示转换后的纬度,Longadj表示转换后的 经度。
本发明还提供了一种农业遥感图像校正系统,该系统包括:
遥感图像提取模块,用于提取多个遥感图像;
遥感图像拼接模块,用于将多个所述遥感图像在GPS坐标系中进行拼接, 获得一幅拼接的遥感图像;
坐标转换模块,用于将所述拼接的遥感图像在GPS坐标系下的空间向量 转换为WGS-84坐标系下的空间向量;
标准点确定模块,用于在地面上找到与所述拼接的遥感图像中对应的N 个点作为标准点,N为大于或等于2的整数;
校验四元数确定模块,用于根据N个所述标准点在地面上的GPS坐标对 应的WGS-84坐标系下的第一空间向量组和N个所述标准点在所述拼接的遥 感图像中的坐标对应的WGS-84坐标系下的第二空间向量组确定校验四元数;
校正模块,用于根据校验四元数对所述拼接的遥感图像中所有坐标点进行 校正。
可选的,所述遥感图像中每个坐标点(x′,y′)对应一个地理坐标信息(Long,Lat),Long表示经度,Lat表示纬度。
可选的,所述将所述拼接的遥感图像在GPS坐标系下空间向量转换为 WGS-84坐标系下空间向量的向量转换公式为:
v表示WGS-84坐标系下的空间向量。
可选的,所述校验四元数表示为:ω表示所述第一空 间向量组与所述第二空间向量组的正交投影得到的矩阵的特征向量,将所述校 验四元数转变为变换矩阵的形式,所述变换矩阵表示为:则u=E·v,u表示所述拼接的 遥感图像中的空间向量v校正后的空间向量。
可选的,所述校正后的空间向量u转换为经纬度的公式为:
Latadj=arcsinu(3),
空间向量u为3行1列的向量,u(1)表 示空间向量u的第一行的元素,u(2)表示空间向量u的第二行的元素,u(3)表 示空间向量u的第三行的元素,Latadj表示转换后的纬度,Longadj表示转换后的 经度。
根据本发明提供的发明内容,本发明公开了以下技术效果:
本发明公开了一种农业遥感图像校正方法及系统,该方法包括:将多个遥 感图像在GPS坐标系中进行拼接,获得一幅拼接的遥感图像;将拼接的遥感 图像在GPS坐标系下空间向量转换为WGS-84坐标系下空间向量;在地面上 找到与拼接的遥感图像中对应的N个点作为标准点,N为大于或等于2的整 数;根据N个标准点在地面上的GPS坐标对应的WGS-84坐标系下的第一空 间向量组和N个标准点在拼接的遥感图像中的坐标对应的WGS-84坐标系下 的第二空间向量组确定校验四元数;根据校验四元数对拼接的遥感图像中所有 坐标点进行校正。本发明将多个遥感图像统一坐标系,将地面上的真实位置的 坐标作为标准点,使遥感图像中遥感图像中坐标点根据对应的地面位置进行校 正,提高了遥感图像中遥感数据的准确度。
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为本发明实施例一种农业遥感图像校正方法流程示意图;
图2为本发明实施例以遥感图像左上角为原点的坐标系示意图;
图3为本发明实施例以遥感图像中心点为原点的坐标系示意图;
图4为本发明实施例一种农业遥感图像校正系统结构示意图。
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做出创造 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。
本发明的目的是提供一种农业遥感图像校正方法及系统,使遥感图像中遥 感图像上坐标点根据对应的地面位置进行校正,提高了遥感图像中遥感数据的 准确度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种农业遥感图像校正方法流程示意图,如图1所示, 该方法包括:
步骤101:提取多个遥感图像。
步骤102:将多个遥感图像在GPS坐标系中进行拼接,获得一幅拼接的遥 感图像。
其中,步骤101具体还包括,遥感图像如图2所示,遥感图像分辨率为 M×N,图像中的每个坐标点(x′,y′)都会带有一个地理坐标信息(经纬度:经 度Long,纬度Lat),这样使得每个图像点都会带有两个坐标信息,(x′,y′)和 (Long,Lat)。将图2中以遥感图像左上角为原点的坐标方式变换为以遥感图像 中心点为原点的坐标方式,坐标变换后如图3所示。坐标变换举例:某一坐标 点,在原坐标系中坐标P′(x′P,y′P,Long′P,Lat′P),则在新坐系中变为: P(x,y,Long,Lat),其中:x=x′P-M/2,y=-y′P+N/2,Long′P=Long,Lat′P=Lat。
步骤103:将拼接的遥感图像在GPS坐标系下的空间向量转换为WGS-84 坐标系下的空间向量。
其中,步骤103具体还包括,将拼接的遥感图像在GPS坐标系下的空间 向量转换为WGS-84坐标系下的空间向量的向量转换公式为:
v表示WGS-84坐标系下的空间向量,x表示 WGS-84坐标系下X轴的坐标,y表示WGS-84坐标系下Y轴的坐标,z表示 WGS-84坐标系下Z轴的坐标。
步骤104:在地面上找到与拼接的遥感图像中对应的N个点作为标准点, N为大于或等于2的整数。
其中,步骤104具体还包括,标准点的GPS坐标是通过地面真实位置验 证的,是准确的,比如,拼接的遥感图像中有中央电视台总部大楼,那么选择 中央电视台总部大楼在地面上真实GPS坐标为标准点。
地面的标准点P1,P2…Pi,对应的WGS-84地球坐标系下的向量为u1, u2…ui。这些点在图像中的坐标(Long1,Lat1)…(Longi,Lati)对应的WGS-84 地球坐标系下的向量为v1,v2…vi,(i≥2),i的最大值为N。
步骤105:根据N个标准点在地面上的GPS坐标对应的WGS-84坐标系 下的第一空间向量组和N个标准点在拼接的遥感图像中的坐标对应的 WGS-84坐标系下的第二空间向量组确定校验四元数。
其中,步骤105具体还包括,第一空间向量组U=u1,u2…ui,第二空间向 量组V=v1,v2…vi。
具体校验四元数的确定方法如下:
建立损失函数的最小搜索函数:其中A为需要选 择的最优矩阵,L(A)为损失函数,该步骤需要找到一个合适的矩阵A使得L(A) 为最小损失函数。
将L(A)损失函数进行展开处理:
则将上述L(A)最小化问题变为H(A)的最大化问题:H(A)为增益函数。
用姿态四元数来表示增益函数H(A),Q1、Q2和Q3为坐标变化转 换为绕空间某轴旋转角1/2的沿着X轴、Y轴、和Z轴三个方向正弦值,Q4 为坐标变化转换为绕空间某轴旋转角1/2的余弦值,H(A)=H(Q)=QT·K·Q,K 为4×4矩阵,其形式为其中:C=B+BT, θ=trace(B),B表示U和V两个向量组正交预算结果,即B表示U 和V两个向量组的正交投影得到的矩阵,B23、B32、B31、B13、B12和B21为矩 阵B中元素,θ为矩阵B的迹,I为3*3的单位矩阵,则矩阵B的特征向量为:ω=[(1+θ)I-C]-1D,校验四元数为:
步骤106:根据校验四元数对拼接的遥感图像中所有坐标点进行校正。
其中,步骤106具体还包括,将所述校验四元数转变为变换矩阵的形式, 所述变换矩阵表示为:则 u=E·v,u表示所述拼接的遥感图像中的空间向量v校正后的空间向量, u∈(u1,u2…ui),v∈(v1,v2…vi)。
所述校正后的空间向量u转换为经纬度的公式为:
Latadj=arcsinu(3),
空间向量u为3行1列的向量,u(1)表 示空间向量u的第一行的元素,u(2)表示空间向量u的第二行的元素,u(3)表 示空间向量u的第三行的元素,Latadj表示转换后的纬度,Longadj表示转换后的 经度。
图4为本发明实施例一种农业遥感图像校正系统结构示意图,如图4所示, 该系统包括:
遥感图像提取模块201,用于提取多个遥感图像。
遥感图像拼接模块202,用于将多个所述遥感图像在GPS坐标系中进行拼 接,获得一幅拼接的遥感图像。
遥感图像拼接模块202还用于坐标原点的变化,具体包括,如图2所示, 遥感图像分辨率为M×N,图像中的每个坐标点(x′,y′)都会带有一个地理坐标 信息(经纬度:经度Long,纬度Lat),这样使得每个图像点都会带有两个坐 标信息,(x′,y′)和(Long,Lat)。将图2中以遥感图像左上角为原点的坐标方式变 换为以遥感图像中心点为原点的坐标方式,坐标变换后如图3所示。坐标变换 举例:某一坐标点,在原坐标系中坐标P′(x′P,y′P,Long′P,Lat′P),则在新坐系中变 为:P(x,y,Long,Lat),其中:x=x′P-M/2,y=-y′P+N/2,Long′P=Long, Lat′P=Lat。
坐标转换模块203,用于将所述拼接的遥感图像在GPS坐标系下空间向量 转换为WGS-84坐标系下空间向量。
标准点确定模块204,用于在地面上找到与所述拼接的遥感图像中对应的 N个点作为标准点,N为大于或等于2的整数。
校验四元数确定模块205,用于根据N个所述标准点在地面上的GPS坐 标对应的WGS-84坐标系下的第一空间向量组和N个所述标准点在所述拼接 的遥感图像中的坐标对应的WGS-84坐标系下的第二空间向量组确定校验四 元数。
具体校验四元数的确定方法如下:
第一空间向量组U=u1,u2…ui,第二空间向量组V=v1,v2…vi。
建立损失函数的最小搜索函数:其中A为需要选 择的最优矩阵,L(A)为损失函数,该步骤需要找到一个合适的矩阵A使得L(A) 为最小损失函数。
将L(A)损失函数进行展开处理:
则将上述L(A)最小化问题变为H(A)的最大化问题:H(A)为增益函数。
用姿态四元数来表示增益函数H(A),H(A)=H(Q)=QT·K·Q,K为 4×4矩阵,其形式为其中:C=B+BT,θ=trace(B),B表示U和V两个向量组正交预算结果,即B表示U和V两个 向量组的正交投影得到的矩阵,B23、B32、B31、B13、B12和B21为矩阵B中元 素,θ为矩阵B的迹,I为3*3的单位矩阵,则矩阵B的特征向量为: ω=[(1+θ)I-C]-1D,校验四元数为:
校正模块206,用于根据校验四元数对所述拼接的遥感图像中所有坐标点 进行校正。
校正的具体过程为:将所述校验四元数转变为变换矩阵的形式,所述变换 矩阵表示为:则u=E·v,u表 示所述拼接的遥感图像中的空间向量v校正后的空间向量,u∈(u1,u2…ui), v∈(v1,v2…vi)。
所述校正后的空间向量u转换为经纬度的公式为:
Latadj=arcsinu(3),
空间向量u为3行1列的向量,u(1)表 示空间向量u的第一行的元素,u(2)表示空间向量u的第二行的元素,u(3)表 示空间向量u的第三行的元素,Latadj表示转换后的纬度,Longadj表示转换后的 经度。
本说明书中各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,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于 实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较 简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施 例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的 一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变 之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种农业遥感图像校正方法,其特征在于,所述方法包括:
提取多个遥感图像;
将多个所述遥感图像在GPS坐标系中进行拼接,获得一幅拼接的遥感图像;
将所述拼接的遥感图像在GPS坐标系下的空间向量转换为WGS-84坐标系下的空间向量;
在地面上找到与所述拼接的遥感图像中对应的N个点作为标准点,N为大于或等于2的整数;
根据N个所述标准点在地面上的GPS坐标对应的WGS-84坐标系下的第一空间向量组和N个所述标准点在所述拼接的遥感图像中的坐标对应的WGS-84坐标系下的第二空间向量组确定校验四元数;
根据校验四元数对所述拼接的遥感图像中所有坐标点进行校正。
2.根据权利要求1所述的农业遥感图像校正方法,其特征在于,所述遥感图像中每个坐标点(x′,y′)对应一个地理坐标信息(Long,Lat),Long表示经度,Lat表示纬度。
3.根据权利要求2所述的农业遥感图像校正方法,其特征在于,所述将所述拼接的遥感图像在GPS坐标系下的空间向量转换为WGS-84坐标系下的空间向量的向量转换公式为:
v表示WGS-84坐标系下的空间向量。
4.根据权利要求3所述的农业遥感图像校正方法,其特征在于,所述校验四元数表示为:ω表示所述第一空间向量组与所述第二空间向量组的正交投影得到的矩阵的特征向量,将所述校验四元数转变为变换矩阵的形式,所述变换矩阵表示为:则u=E·v,u表示所述拼接的遥感图像中的空间向量v校正后的空间向量。
5.根据权利要求4所述的农业遥感图像校正方法,其特征在于,所述校正后的空间向量u转换为经纬度的公式为:
Latadj=arcsinu(3),
式中,空间向量u为3行1列的向量,u(1)表示空间向量u的第一行的元素,u(2)表示空间向量u的第二行的元素,u(3)表示空间向量u的第三行的元素,Latadj表示转换后的纬度,Longadj表示转换后的经度。
6.一种农业遥感图像校正系统,其特征在于,所述系统包括:
遥感图像提取模块,用于提取多个遥感图像;
遥感图像拼接模块,用于将多个所述遥感图像在GPS坐标系中进行拼接,获得一幅拼接的遥感图像;
坐标转换模块,用于将所述拼接的遥感图像在GPS坐标系下的空间向量转换为WGS-84坐标系下的空间向量;
标准点确定模块,用于在地面上找到与所述拼接的遥感图像中对应的N个点作为标准点,N为大于或等于2的整数;
校验四元数确定模块,用于根据N个所述标准点在地面上的GPS坐标对应的WGS-84坐标系下的第一空间向量组和N个所述标准点在所述拼接的遥感图像中的坐标对应的WGS-84坐标系下的第二空间向量组确定校验四元数;
校正模块,用于根据校验四元数对所述拼接的遥感图像中所有坐标点进行校正。
7.根据权利要求6所述的农业遥感图像校正系统,其特征在于,所述遥感图像中每个坐标点(x′,y′)对应一个地理坐标信息(Long,Lat),Long表示经度,Lat表示纬度。
8.根据权利要求7所述的农业遥感图像校正系统,其特征在于,所述将所述拼接的遥感图像在GPS坐标系下空间向量转换为WGS-84坐标系下空间向量的向量转换公式为:
v表示WGS-84坐标系下的空间向量。
9.根据权利要求8所述的农业遥感图像校正系统,其特征在于,所述校验四元数表示为:ω表示所述第一空间向量组与所述第二空间向量组的正交投影得到的矩阵的特征向量,将所述校验四元数转变为变换矩阵的形式,所述变换矩阵表示为:则u=E·v,u表示所述拼接的遥感图像中的空间向量v校正后的空间向量。
10.根据权利要求9所述的农业遥感图像校正系统,其特征在于,所述校正后的空间向量u转换为经纬度的公式为:
Latadj=arcsinu(3),
空间向量u为3行1列的向量,u(1)表示空间向量u的第一行的元素,u(2)表示空间向量u的第二行的元素,u(3)表示空间向量u的第三行的元素,Latadj表示转换后的纬度,Longadj表示转换后的经度。
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