CN114549648B - 一种基于高分遥感卫星立体影像rpc模型定位系统 - Google Patents

一种基于高分遥感卫星立体影像rpc模型定位系统 Download PDF

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CN114549648B CN202210437112.8A CN202210437112A CN114549648B CN 114549648 B CN114549648 B CN 114549648B CN 202210437112 A CN202210437112 A CN 202210437112A CN 114549648 B CN114549648 B CN 114549648B
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Abstract

本发明提供了一种基于高分遥感卫星立体影像RPC模型定位系统，包括采集模块、校准模块、模型处理模块和地面控制点，所述采集模块为高分遥感卫星，用于采集地面图像信息，所述模型处理模块根据所述地面图像信息生成立体模型，所述地面控制点用于提供被所述采集模块捕获的参照信息，所述校准模块根据地面图像信息和参照信息对立体模型进行定位；本系统地面控制点提供的参照信息计算出多类参数，并依据这些参数将每个立体模型在图像中的坐标转换为实际坐标，这些参数的存在弥补了在图像采集过程中受到的各种干扰因素，使定位结果更准确。

Description

一种基于高分遥感卫星立体影像RPC模型定位系统
技术领域
本发明涉及遥感卫星图像处理领域，具体涉及一种基于高分遥感卫星立体影像RPC模型定位系统。
背景技术
遥感影像的精确几何定位是遥感影像进一步应用的基础。遥感影像在成像过程中受到各种复杂因素的影响，使其产生几何变形，因此必须通过建立物方空间坐标系中的地面点坐标与它在影像平面上像点坐标之间的几何关系来确定影像的几何定位信息。理论上，在精确地面高程数据的支持下，利用卫星遥感影像的严格成像几何模型即可恢复影像上各像素的真实几何位置，从而实现影像的几何定位。但是由于测量的误差以及星载传感器成像过程中的其他不确定因素的存在，严格成像模型通常并不能完全准确无误地恢复影像的几何信息，因而卫星影像的几何定位精度也受到限制，通常需要借助地面控制点才能修正影像的几何定位误差。
现在已经开发出了很多定位系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有的授权系统有如公开号为KR1020110031647A，KR1020060127519A、CN107316280B和KR1020130142590A所公开的系统，这些系统的过程一般包括：实现星载光学传感器严格成像模型与RPC模型之间的相互转换，利用与离岛区域卫星影像同轨道的陆地部分的卫星影像以及陆地部分的少量控制点修正陆地部分的卫星影像的成像模型，并通过轨道外推方式对离岛区域卫星影像的RPC模型进行修正，从而实现离岛卫星影像无控制点的精确几何定位。但该系统在定位过程中对采集图形过程中受到的干扰没有进行深入处理，导致定位精度有待提高。
发明内容
本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于高分遥感卫星立体影像RPC模型定位系统。
本发明采用如下技术方案：
一种基于高分遥感卫星立体影像RPC模型定位系统，包括采集模块、校准模块、模型处理模块和地面控制点，所述采集模块用于采集地面的图像数据，所述地面控制点用于提供地面的参照信息，所述模型处理模块根据采集的图像数据处理得到立体模型，所述校准模块根据图像数据对立体模型进行校准定位；
所述采集模块根据图像数据处理得到若干个独立区域，所述采集模块将每个独立区域的信息发送给模型处理模块；
所述模型处理模块根据每个独立区域创建一个立体模型，并计算出每个立体模型的第一坐标
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
；
所述地面控制点提供的参照信息包括若干个参照点的第一坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和实际坐标
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
，其中，k为参照点的序号；
所述校准模块根据参照信息计算出第一参数
Figure DEST_PATH_IMAGE004
、第二参数坐标
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
和第三参数系列
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
；
所述校准模块根据下述公式计算出每个立体模型的实际坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
为真实偏差角度，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为真实偏差距离，由下述公式计算得到
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
其中，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
为参照点的数量；
进一步的，所述校准模块根据下述公式计算出第一参数
Figure DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
；
进一步的，所述校准模块根据所述第一参数
Figure DEST_PATH_IMAGE018
计算出每个参照点的偏移量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
所述校准模块根据所有参照点的偏移量计算出第二参数坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE022
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
进一步的，所述校准模块根据所述第二参数坐标计算出每个参照点的偏差角度
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
和偏差距离
Figure DEST_PATH_IMAGE026
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE027
Figure DEST_PATH_IMAGE028
；
所述校准模块将参照点的第一坐标、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure DEST_PATH_IMAGE030
带入到下述公式中：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE031
；
Figure DEST_PATH_IMAGE032
；
所述校准模块通过解方程得到第三参数系列
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure DEST_PATH_IMAGE034
；
进一步的，所述模型处理模块通过下式计算出立体模型的第一坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE035
：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；
Figure DEST_PATH_IMAGE037
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为独立区域的点集，i为区域编号，j为点序号，n为点集
Figure DEST_PATH_IMAGE039
的点个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为调整系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为独立区域中的近半区域，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为独立区域中的远半区域，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为点
Figure DEST_PATH_IMAGE044
在采集图像中的坐标。
本发明所取得的有益效果是：
本系统通过地面控制点提供的参照信息来处理得到将图像坐标转换到实际坐标中涉及的参数，这些参数的设置对采集过程中受到的干扰因素造成了偏差进行了弥补使得最终的定位结果更加精确，同时，系统在处理每个立体模型的图像坐标时，将每个立体模型对应的图像区域分成两个部分，这两部分具有不同的权重，这样的设置也使得立体模型的图形坐标也更加准确。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明整体结构框架示意图；
图2为本发明采集模块框架示意图；
图3为本发明参数确定流程示意图；
图4为本发明立体模型定位流程示意图；
图5为本发明立体模型第一坐标计算流程示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一。
本实施例提供了一种基于高分遥感卫星立体影像RPC模型定位系统，结合图1，包括采集模块、校准模块、模型处理模块和地面控制点，所述采集模块用于采集地面的图像数据，所述地面控制点用于提供地面的参照信息，所述模型处理模块根据采集的图像数据处理得到立体模型，所述校准模块根据图像数据对立体模型进行校准定位；
所述采集模块根据图像数据处理得到若干个独立区域，所述采集模块将每个独立区域的信息发送给模型处理模块；
所述模型处理模块根据每个独立区域创建一个立体模型，并计算出每个立体模型的第一坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE045
；
所述地面控制点提供的参照信息包括若干个参照点的第一坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE046
和实际坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE047
，其中，k为参照点的序号；
所述校准模块根据参照信息计算出第一参数
Figure DEST_PATH_IMAGE048
、第二参数坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE049
和第三参数系列
Figure DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure DEST_PATH_IMAGE051
；
所述校准模块根据下述公式计算出每个立体模型的实际坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE052
：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure DEST_PATH_IMAGE054
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
为真实偏差角度，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
为真实偏差距离，由下述公式计算得到
Figure DEST_PATH_IMAGE057
；
Figure DEST_PATH_IMAGE058
；
其中，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE059
为参照点的数量；
所述校准模块根据下述公式计算出第一参数
Figure DEST_PATH_IMAGE060
：
Figure DEST_PATH_IMAGE061
；
所述校准模块根据所述第一参数
Figure DEST_PATH_IMAGE062
计算出每个参照点的偏移量
Figure DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure DEST_PATH_IMAGE064
：
Figure DEST_PATH_IMAGE065
所述校准模块根据所有参照点的偏移量计算出第二参数坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE066
：
Figure DEST_PATH_IMAGE067
；
Figure DEST_PATH_IMAGE068
；
所述校准模块根据所述第二参数坐标计算出每个参照点的偏差角度
Figure DEST_PATH_IMAGE069
和偏差距离
Figure DEST_PATH_IMAGE070
：
Figure DEST_PATH_IMAGE071
Figure DEST_PATH_IMAGE072
；
所述校准模块将参照点的第一坐标、
Figure DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure DEST_PATH_IMAGE074
带入到下述公式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE075
；
Figure DEST_PATH_IMAGE076
；
所述校准模块通过解方程得到第三参数系列
Figure DEST_PATH_IMAGE077
和
Figure DEST_PATH_IMAGE078
；
所述模型处理模块通过下式计算出立体模型的第一坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE079
：
Figure DEST_PATH_IMAGE080
；
Figure DEST_PATH_IMAGE081
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
为独立区域的点集，i为区域编号，j为点序号，n为点集
Figure DEST_PATH_IMAGE083
的点个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
为调整系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE085
为独立区域中的近半区域，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
为独立区域中的远半区域，
Figure DEST_PATH_IMAGE087
为点
Figure DEST_PATH_IMAGE088
在采集图像中的坐标。
实施例二。
本实施例包含了实施例一种的全部内容，提供了一种基于高分遥感卫星立体影像RPC模型定位系统，包括采集模块、校准模块、模型处理模块和地面控制点，所述采集模块为高分遥感卫星，用于采集地面图像信息，所述模型处理模块根据所述地面图像信息生成立体模型，所述地面控制点用于提供被所述采集模块捕获的参照信息，所述校准模块根据地面图像信息和参照信息对立体模型进行定位；
结合图2，所述采集模块包括第一坐标单元、参照信息提取单元和单一模型提取单元，所述第一坐标单元用于建立第一坐标系，在第一坐标系中的坐标称为第一坐标，所述单一模型提取单元根据地面图像提取出若干个独立区域，每个独立区域在所述第一坐标系中的范围用点集
Figure DEST_PATH_IMAGE089
表示，其中，i为区域编号，j为点序号，点
Figure DEST_PATH_IMAGE090
的坐标表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE091
，所述单一模型提取单元将每个独立区域的图像信息发送给所述模型处理模块，所述参照信息提取单元能够识别出所述采集模块捕获到的参照信息并在所述第一坐标系中标注参照点，所述参照点用点集
Figure DEST_PATH_IMAGE092
表示，其中，k为参照点的序号，点
Figure DEST_PATH_IMAGE093
的坐标表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，所述参照信息中还包括每个参照点的实际坐标，所述实际坐标用
Figure DEST_PATH_IMAGE095
表示；
所述模型处理模块根据接收到的每个独立区域的图像信息生成对应的立体模型，并为每个模型创建档案，所述档案用于记录每个立体模型的第一坐标系坐标和实际坐标；
所述地面控制点发送的参照信息包括特征码和信息包，所述参照信息提取单元通过所述特征码来识别参照信息，所述信息包中包括了地面控制点的实际坐标信息和搜索信息，所述搜索信息包括预设区域和控制点图片，所述参照信息提取单元根据所述预设区域在采集到的地面图像中缩小搜索范围，并将搜索范围内的图像与所述控制点图片进行对比，根据对比结果确定地面控制点在第一坐标系中的具体坐标，并将该具体坐标作为参照点坐标；
所述校准模块先根据所述参照点在第一坐标系中的坐标信息和实际坐标确定参数，再根据所述偏差参数对每个立体模型的实际坐标进行计算，建立起将第一坐标映射到实际坐标的转换模式，实现立体模型的定位。
结合图3，所述校准模块根据下述公式计算出第一参数
Figure DEST_PATH_IMAGE096
：
Figure DEST_PATH_IMAGE097
；
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE098
为参照点的数量；
所述校准模块根据所述第一参数
Figure DEST_PATH_IMAGE099
计算出每个参照点的偏移量
Figure DEST_PATH_IMAGE100
和
Figure DEST_PATH_IMAGE101
：
Figure DEST_PATH_IMAGE102
所述校准模块根据所有参照点的偏移量计算出第二参数坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE103
：
Figure DEST_PATH_IMAGE104
；
Figure DEST_PATH_IMAGE105
；
所述校准模块根据所述第二参数坐标计算出每个参照点的偏差角度
Figure DEST_PATH_IMAGE106
和偏差距离
Figure DEST_PATH_IMAGE107
：
Figure DEST_PATH_IMAGE108
Figure DEST_PATH_IMAGE109
；
所述校准模块根据参照点的偏差角度和偏差距离创建
Figure DEST_PATH_IMAGE110
个向量
Figure DEST_PATH_IMAGE111
，所述向量为四维向量，用
Figure DEST_PATH_IMAGE112
表示；
所述校准模块将这些向量带入到下述公式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE113
；
Figure DEST_PATH_IMAGE114
；
所述校准模块通过解方程得到第三参数系列
Figure DEST_PATH_IMAGE115
和
Figure DEST_PATH_IMAGE116
；
结合图4，所述校准模块对每个立体模型进行定位的过程包括如下步骤：
S1、从所述模型处理模块中获取一个立体模型，并获得其第一坐标，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE117
；
S2、根据坐标
Figure 863466DEST_PATH_IMAGE117
以及第三参数系列计算出真实偏差角度
Figure DEST_PATH_IMAGE118
和真实偏差距离
Figure DEST_PATH_IMAGE119
；
S3、根据第一参数和第二参数坐标计算出实际坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE120
：
Figure DEST_PATH_IMAGE121
；
Figure DEST_PATH_IMAGE122
；
结合图5，所述立体模型的第一坐标由所述模型处理模块根据对应的独立区域的点集坐标计算得到，具体过程包括如下步骤：
S21、获取一个独立区域的点集
Figure DEST_PATH_IMAGE123
；
S22、获取点集
Figure 386589DEST_PATH_IMAGE123
中的边界点，记为点集
Figure DEST_PATH_IMAGE124
，需要注意的是，点集
Figure 142186DEST_PATH_IMAGE124
中的下标j为不连续的，当点
Figure DEST_PATH_IMAGE125
和
Figure DEST_PATH_IMAGE126
的j相同时，
Figure 485181DEST_PATH_IMAGE125
和
Figure 640218DEST_PATH_IMAGE126
对应的是同一个点；
S23、在点集
Figure 440684DEST_PATH_IMAGE124
中取两个点，记为D1和D2，D1和D2的坐标分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE127
和
Figure DEST_PATH_IMAGE128
，这两个点满足：直线
Figure DEST_PATH_IMAGE129
与点集
Figure 429500DEST_PATH_IMAGE124
只相交于点D1，直线
Figure DEST_PATH_IMAGE130
与点集
Figure 683893DEST_PATH_IMAGE124
只相交于点D2，直线公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE131
；
Figure DEST_PATH_IMAGE132
；
S24、连接D1与D2，将点集
Figure DEST_PATH_IMAGE133
分割成
Figure DEST_PATH_IMAGE134
与
Figure DEST_PATH_IMAGE135
两部分，其中，
Figure 845884DEST_PATH_IMAGE134
为靠近原点的一部分，设定为独立区域中的近半区域，
Figure 641802DEST_PATH_IMAGE135
为远离原点的一部分，设定为独立区域中的远半区域；
S25、根据下述公式计算出对应的立体模型的模型第一坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE136
：
Figure DEST_PATH_IMAGE137
；
Figure DEST_PATH_IMAGE138
；
其中，n为点集
Figure DEST_PATH_IMAGE139
的点个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE140
为调整系数，
Figure 847524DEST_PATH_IMAGE140
的具体数值是本领域技术人员在实际运用中自行设定。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。

Claims (1)

1.一种基于高分遥感卫星立体影像RPC模型定位系统，其特征在于，包括采集模块、校准模块、模型处理模块和地面控制点，所述采集模块用于采集地面的图像数据，所述地面控制点用于提供地面的参照信息，所述模型处理模块根据采集的图像数据处理得到立体模型，所述校准模块根据图像数据对立体模型进行校准定位；
所述采集模块根据图像数据处理得到若干个独立区域，所述采集模块将每个独立区域的信息发送给模型处理模块；
所述模型处理模块根据每个独立区域创建一个立体模型，并计算出每个立体模型的第一坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
所述地面控制点提供的参照信息包括若干个参照点的第一坐标
Figure 16867DEST_PATH_IMAGE002
和实际坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，其中，k为参照点的序号；
所述校准模块根据参照信息计算出第一参数
Figure 947914DEST_PATH_IMAGE004
、第二参数坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE005
和第三参数系列
Figure 639927DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
所述校准模块根据下述公式计算出每个立体模型的实际坐标
Figure 314622DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 775690DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为真实偏差角度，
Figure 143217DEST_PATH_IMAGE012
为真实偏差距离，由下述公式计算得到
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 522859DEST_PATH_IMAGE014
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为参照点的数量；
其中，所述校准模块根据下述公式计算出第一参数
Figure 532403DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；所述校准模块根据所述第一参数
Figure 316819DEST_PATH_IMAGE016
计算出每个参照点的偏移量
Figure 120827DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 787432DEST_PATH_IMAGE020
所述校准模块根据所有参照点的偏移量计算出第二参数坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure 803930DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
所述校准模块根据所述第二参数坐标计算出每个参照点的偏差角度
Figure DEST_PATH_IMAGE025
和偏差距离
Figure 708432DEST_PATH_IMAGE026
：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
Figure 417762DEST_PATH_IMAGE028
；
所述校准模块将参照点的第一坐标、
Figure DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 303154DEST_PATH_IMAGE030
带入到下述公式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
；
Figure 123342DEST_PATH_IMAGE032
；
所述校准模块通过解方程得到第三参数系列
Figure DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 413509DEST_PATH_IMAGE034
。
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