CN112508938B - 一种光学卫星影像几何质量评价方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

一种光学卫星影像几何质量评价方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种光学卫星影像几何质量评价方法、装置、设备和存储介质，该方法包括：获取待评价影像和根据该待评价影像生成的几何质量评价的参数文件、影像元文件和影像文件头，从几何质量评价的参数文件中获取该待评价影像的路径、波段和该待评价影像的波段的评价模式，从影像元文件或影像文件头中读取该待评价影像的参数，根据该待评价影像的参数从预置的控制点库中筛选出符合预设条件的控制点的参数和控制点对应的影像块，将该待评价影像和控制点对应的影像块进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果计算得到该待评价影像几何质量评价指标。本公开可以常态化自动快速地对新获取的光学卫星影像进行几何质量评价，节约了大量的人力和物力。

Description

一种光学卫星影像几何质量评价方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本公开属于遥感影像处理领域，具体涉及基于控制点影像库的光学卫星影像几何质量评价方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
随着经济的发展，光学遥感卫星影像在越来越多的领域发挥着更加重要的作用。对于以测绘为代表的对几何精度要求较高的诸多光学卫星影像应用领域来说，经过可靠全面的定性定量几何质量评价的卫星影像可以为后续应用提供良好的基础。此外，卫星影像几何质量也可以在一定程度上反映出当前卫星及其传感器状态，对同一颗卫星常态化的几何质量评价也可为第一时间发现星上异常提供可能。
目前，卫星影像质量评价方法大多依赖于人工检查，对于每日新获取的大量卫星影像，这种方法费时费力且很难做到对新获影像的完全覆盖。基于多源遥感数据的在轨卫星图像几何定位精度评价方法，利用待评图像和参考图像进行评价。由于卫星影像的数据量十分巨大，这种方法将会对硬件设备的内存，CPU等性能提出很高的要求；同时由于这种方法需要在全影像上搜索特征点，时间开销也相当巨大。针对该问题，本公开提出利用控制点影像库而非参考影像进行几何质量评价，利用可预测的局部小影像块进行评价，提高了执行效率。一种光学遥感影像质量综合评价方法侧重评价辐射质量而本公开侧重评价几何质量。
公开内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术的上述不足，本公开的主要目的在于提供一种基于控制点影像库的光学卫星影像几何质量评价方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
(二)技术方案
为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了一种基于控制点影像库的光学卫星影像几何质量评价方法，该方法包括：
获取待评价影像和根据该待评价影像生成的几何质量评价的参数文件、影像元文件和影像文件头；
从几何质量评价的参数文件中获取该待评价影像的路径、该待评价影像的波段和该待评价影像的波段的评价模式；
从影像元文件或影像文件头中读取该待评价影像的参数；
根据该待评价影像的参数从预置的控制点库中筛选出符合预设条件的控制点的参数和控制点对应的影像块；
将该待评价影像和控制点对应的影像块进行匹配，得到匹配结果；
根据匹配结果计算得到该待评价影像几何质量评价指标。
另一方面，本公开提供了一种基于控制点影像库的光学卫星影像几何质量评价装置，该装置包括：
提取模块，获取待评价影像和根据该待评价影像生成的几何质量评价的参数文件、影像元文件和影像文件头；
从几何质量评价的参数文件中获取该待评价影像的路径、该待评价影像的波段和该待评价影像的波段的评价模式；
从影像元文件或影像文件头中读取该待评价影像的参数；
根据该待评价影像的参数从预置的控制点库中筛选出符合预设条件的控制点的参数和控制点对应的影像块；
匹配模块，将该待评价影像和控制点对应的影像块进行匹配，得到匹配结果；
计算模块，根据匹配结果计算得到该待评价影像几何质量评价指标。
另一方面，本公开提供了一种电子设备，该设备包括：
通信器，用于与服务器通信；
处理器；
存储器，其存储有计算机可执行程序，该程序在被该处理器执行时，使得处理器执行上述的一种基于控制点影像库的光学卫星影像几何质量评价方法。
另一方面，本公开提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的一种基于控制点影像库的光学卫星影像几何质量评价方法。
(三)有益效果
本公开提出一种基于控制点影像库的光学卫星影像几何质量评价方法可以常态化自动快速的对新获取的光学卫星影像进行几何质量评价，节约了大量的人力和物力。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开中的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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附图。
图1为本公开一实施例提供的光学卫星影像几何质量评价方法的流程示意图；
图2为本公开一实施例提供的光学卫星影像几何质量评价装置的结构示意图；
图3示出了一种电子设备的硬件结构图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
图1为本公开一实施例提供的光学卫星影像几何质量评价方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
S101、获取待评价影像和根据该待评价影像生成的几何质量评价的参数文件、影像元文件和影像文件头；
S102、从几何质量评价的参数文件中获取该待评价影像的路径、该待评价影像的波段和该待评价影像的波段的评价模式；
S103、从影像元文件或影像文件头中读取该待评价影像的参数；
该待评价影像的参数包括：该待评价影像的坐标系统、该待评价影像的覆盖范围、该待评价影像的分辨率。
S104、根据该待评价影像的参数从预置的控制点库中筛选出符合预设条件的控制点的参数和控制点对应的影像块；
若该待评价影像所用坐标系统与控制点库生成时所用坐标系统不一致，则计算该待评价影像覆盖区域在控制点库的坐标系下的外包矩形的四角坐标；
利用该外包矩形四角坐标、该待评价影像的分辨率和该待评价影像的波段从所制点库中筛选出符合要求的控制点，读取控制点对应的影像块；
将控制点对应的影像块重新采样至该待评价影像的坐标系。
若该待评价影像所用坐标系统与所述控制点库生成时所用坐标系统一致，则直接计算该待评价影像的外包矩形的四角坐标；
该待评价影像外包矩形的四角坐标的计算公式如下：
Figure BDA0002849922190000041
lonlu为左上角经度坐标，latlu为左上角纬度坐标，lonrb为右下角经度坐标，latrb为右下角纬度坐标，loni为待评价影像的四角的经度坐标，lati为待评价影像的四角的纬度坐标，其中，i＝1，2，3，4，当i＝1时对应待评价影像左上角坐标，当i＝2时对应待评价影像右上角坐标，当i＝3时对应待评价影像右下角坐标，当i＝4时对应待评价影像左下角坐标。
S105、将该待评价影像和控制点对应的影像块进行匹配，得到匹配结果；
利用地理信息预测控制点在该待评价影像上的行列号；
控制点在该待评价影像上的行列号的计算公式加下：
Figure BDA0002849922190000042
其中line，sample分别为该待评价影像上的行号和列号，longcplatgcp分别为控制点的经纬度坐标，lonlulatlu分别为上一步计算所得的待评价影像外包矩形的左上角的经纬度坐标，gsdlongsdlat分别为按度表示的影像经纬度分辨率。
获取该待评价影像上以上述行列号为中心的边长大于控制点对应的影像块的影像块；
将控制点对应的影像块和上述该待评价影像上以上述行列号为中心的边长大于控制点对应的影像块的影像块进行匹配，得到匹配结果。
S106、根据匹配结果计算得到该待评价影像几何质量评价指标。
将控制点分为成功匹配点和未成功匹配点；
将成功匹配点分为符合仿射模型点和不符合仿射模型点；
计算成功匹配点占控制点的比例，将成功匹配点占控制点的比例与成功匹配点占控制点的比例的经验第一阈值进行比较；
质量评价第一指标计算方式如下：
qa1＝#gcpcorrelated/#gcpused
其中，#gcpcorrelated为成功匹配点数量，#gcpused为控制点总数。
该第一阈值为成功匹配点占控制点的比例的阈值；
计算符合仿射模型点占总成功匹配点的比例，将符合仿射模型点占总成功匹配点的比例与符合仿射模型点占总成功匹配点的比例的经验第二阈值进行比较；
质量评价第二指标计算方式如下：
qa2＝#gcpaffine/#gcpcorrelated
其中，#gcpaffine为符合仿射模型点总数，#gcpcorrelated为成功匹配点数量。
该第二阈值为符合仿射模型点占总成功匹配点的阈值。
若成功匹配点占控制点的比例小于成功匹配点占控制点的比例的经验阈值，或者符合仿射模型点占总成功匹配点的比例小于符合仿射模型点占总成功匹配点的比例的经验阈值，则认为该影像存在问题，进行报警提不；
若成功匹配点占控制点的比例大于成功匹配点占控制点的比例的经验阈值，以及符合仿射模型点占总成功匹配点的比例大于符合仿射模型点占总成功匹配点的比例的经验阈值，则计算所有符合仿射模型点的实际匹配点位和预测点位在地面上对应的物方均方根误差，以及计算无控地面相对定位精度；
物方均方根误差计算方法如下：
Figure BDA0002849922190000061
Figure BDA0002849922190000062
其中，n为符合仿射模型点总点数，X′i，Y′i为符合仿射模型点实际匹配点位的X，Y方向(或经纬度方向)坐标，Xi，Yi为符合仿射模型点预测点位的X，Y方向(或经纬度方向)坐标。
无控地面相对定位精度计算方法如下：
Figure BDA0002849922190000063
Figure BDA0002849922190000064
其中，n为符合仿射模型点总点数，X′i，Y′i为符合仿射模型点实际匹配点位的X，Y方向(或经纬度方向)坐标，Xi，Yi为符合仿射模型点预测点位的X，Y方向(或经纬度方向)坐标，
Figure BDA0002849922190000065
为符合仿射模型点实际匹配点位与预测点位的X，Y方向坐标差的均值。
若该待评价影像为多波段影像，则计算该待评价影像的波段的配准精度；
将物方均方根误差、无控地面相对定位精度和波段配准精度作为评价指标提供给用户。
图2为本公开一实施例提供的光学卫星影像几何质量评价装置的结构示意图，如图2所示，本公开还提供了一种装置，该装置包括：
提取模块301、匹配模块302和计算模块303。
提取模块301，获取待评价影像和根据该待评价影像生成的几何质量评价的参数文件、影像元文件和影像文件头；
从几何质量评价的参数文件中获取该待评价影像的路径、该待评价影像的波段和该待评价影像的波段的评价模式；
从影像元文件或影像文件头中读取该待评价影像的参数；
根据该待评价影像的参数从预置的控制点库中筛选出符合预设条件的控制点的参数和控制点对应的影像块；
匹配模块302，将该待评价影像和控制点对应的影像块进行匹配，得到匹配结果；
计算模块303，根据匹配结果计算得到该待评价影像几何质量评价指标。
本公开还提供了一种电子设备200，该设备包括：
通信器210，用于与服务器通信；
处理器220；
存储器230，其存储有计算机可执行程序，该程序包含如上文所述光学卫星影像几何质量评价方法。
图3示意性示出了根据本公开实施例的电子设备框图，如图3所示，所述电子设备200包括通信器210、处理器220和存储器230。该电子设备200可以执行根据本公开实施例的方法。
具体地，处理器220例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器220还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器220可以是用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
存储器230，例如可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，可读存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。可读存储介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。其存储有计算机可执行程序，该程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上文所述的光学卫星影像几何质量评价方法。
本公开还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序包含如上文所述的光学卫星影像几何质量评价方法。该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的装置/设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该装置/设备中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。
根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线、光缆、射频信号等等，或者上述的任意合适的组合。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光学卫星影像几何质量评价方法，其特征在于，包括：
获取待评价影像和根据所述待评价影像生成的几何质量评价的参数文件、影像元文件和影像文件头；
从所述几何质量评价的参数文件中获取所述待评价影像的路径、所述待评价影像的波段和所述待评价影像的波段的评价模式；
从所述影像元文件或影像文件头中读取所述待评价影像的参数；
根据所述待评价影像的参数从预置的控制点库中筛选出符合预设条件的控制点的参数和所述控制点对应的影像块；
将所述待评价影像和所述控制点对应的影像块进行匹配，得到匹配结果；
根据所述匹配结果计算得到所述待评价影像几何质量评价指标；
所述根据所述匹配结果计算得到所述待评价影像几何质量评价指标包括：
将所述控制点分为成功匹配点和未成功匹配点；
将所述成功匹配点分为符合仿射模型点和不符合仿射模型点；
计算所述成功匹配点占所述控制点的比例，将所述成功匹配点占所述控制点的比例与第一阈值进行比较；
所述第一阈值为成功匹配点占控制点的比例的阈值；
计算所述符合仿射模型点占总成功匹配点的比例，将所述符合仿射模型点占总成功匹配点的比例与第二阈值进行比较；
所述第二阈值为符合仿射模型点占总成功匹配点的阈值；
若所述成功匹配点占所述控制点的比例小于所述成功匹配点占控制点的比例的经验阈值，或者所述符合仿射模型点占总成功匹配点的比例小于符合仿射模型点占总成功匹配点的比例的经验阈值，则认为该影像存在问题，进行报警提示；
若所述成功匹配点占所述控制点的比例大于所述成功匹配点占控制点的比例的经验阈值，以及所述符合仿射模型点占总成功匹配点的比例大于符合仿射模型点占总成功匹配点的比例的经验阈值，则计算所有所述符合仿射模型点的实际匹配点位和预测点位在地面上对应的物方均方根误差，以及计算无控地面相对定位精度；
若所述待评价影像为多波段影像，则计算所述待评价影像的波段的配准精度；
将所述物方均方根误差、所述无控地面相对定位精度和所述波段的 配准精度作为评价指标提供给用户。
2.根据权利要求1所述的光学卫星影像几何质量评价方法，其特征在于，所述待评价影像的参数包括：所述待评价影像的坐标系统、所述待评价影像的覆盖范围、所述待评价影像的分辨率。
3.根据权利要求1所述的光学卫星影像几何质量评价方法，其特征在于，所述根据所述待评价影像的参数从预置的控制点库中筛选出符合预设条件的控制点的参数和所述控制点对应的影像块包括：
若所述待评价影像所用坐标系统与所述控制点库生成时所用坐标系统不一致，则计算所述待评价影像覆盖区域在所述控制点库的坐标系下的外包矩形的四角坐标；
利用所述外包矩形的 四角坐标、所述待评价影像的分辨率和所述待评价影像的波段从所述控制点库中筛选出符合要求的控制点，读取所述控制点对应的影像块；
将所述控制点对应的影像块重采样至所述待评价影像的坐标系。
4.根据权利要求3所述的光学卫星影像几何质量评价方法，其特征在于，若所述待评价影像所用坐标系统与所述控制点库生成时所用坐标系统一致，则直接计算所述待评价影像的外包矩形的四角坐标；
利用所述外包矩形四角坐标、所述待评价影像的分辨率和所述待评价影像的波段从所述控制点库中筛选出符合要求的控制点，读取所述控制点对应的影像块。
5.根据权利要求1所述的光学卫星影像几何质量评价方法，其特征在于，所述将所述待评价影像和所述控制点对应的影像块进行匹配，得到匹配结果包括：
利用地理信息预测所述控制点在所述待评价影像上的行列号；
获取所述待评价影像上以所述行列号为中心的边长大于所述控制点对应的影像块的影像块；
将所述控制点对应的影像块和所述所述待评价影像上以所述行列号为中心的边长大于所述控制点对应的影像块的影像块进行匹配，得到匹配结果。
6.一种光学卫星影像几何质量评价装置，其特征在于，包括：
提取模块，获取待评价影像和根据所述待评价影像生成的几何质量评价的参数文件、影像元文件和影像文件头；
从所述几何质量评价的参数文件中获取所述待评价影像的路径、所述待评价影像的波段和所述待评价影像的波段的评价模式；
从所述影像元文件或影像文件头中读取所述待评价影像的参数；
根据所述待评价影像的参数从预置的控制点库中筛选出符合预设条件的控制点的参数和所述控制点对应的影像块；
匹配模块，将所述待评价影像和所述控制点对应的影像块进行匹配，得到匹配结果；
计算模块，根据所述匹配结果计算得到所述待评价影像几何质量评价指标；
所述根据所述匹配结果计算得到所述待评价影像几何质量评价指标包括：
将所述控制点分为成功匹配点和未成功匹配点；
将所述成功匹配点分为符合仿射模型点和不符合仿射模型点；
计算所述成功匹配点占所述控制点的比例，将所述成功匹配点占所述控制点的比例与第一阈值进行比较；
所述第一阈值为成功匹配点占控制点的比例的阈值；
计算所述符合仿射模型点占总成功匹配点的比例，将所述符合仿射模型点占总成功匹配点的比例与第二阈值进行比较；
所述第二阈值为符合仿射模型点占总成功匹配点的阈值；
若所述成功匹配点占所述控制点的比例小于所述成功匹配点占控制点的比例的经验阈值，或者所述符合仿射模型点占总成功匹配点的比例小于符合仿射模型点占总成功匹配点的比例的经验阈值，则认为该影像存在问题，进行报警提示；
若所述成功匹配点占所述控制点的比例大于所述成功匹配点占控制点的比例的经验阈值，以及所述符合仿射模型点占总成功匹配点的比例大于符合仿射模型点占总成功匹配点的比例的经验阈值，则计算所有所述符合仿射模型点的实际匹配点位和预测点位在地面上对应的物方均方根误差，以及计算无控地面相对定位精度；
若所述待评价影像为多波段影像，则计算所述待评价影像的波段的配准精度；
将所述物方均方根误差、所述无控地面相对定位精度和所述波段的 配准精度作为评价指标提供给用户。
7.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：
通信器，用于与服务器通信；
处理器；
存储器，其存储有计算机可执行程序，该程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-5中任一项所述的光学卫星影像几何质量评价方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行如权利要求1-5中任一项所述的光学卫星影像几何质量评价方法。
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