CN115205347A - 光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统及方法 - Google Patents

光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统及方法 Download PDF

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CN115205347A CN202210625019.XA CN202210625019A CN115205347A CN 115205347 A CN115205347 A CN 115205347A CN 202210625019 A CN202210625019 A CN 202210625019A CN 115205347 A CN115205347 A CN 115205347A
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陈轩
杨舒琪
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Abstract

本发明涉及一种多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统及方法，该装置根据多谱段航天光学遥感相机设计指标，计算相同地物在各个谱段上成像的投影差异，再由投影差异计算各个谱段在轨获取的遥感图像之间匹配误差，与要求配准精度指标进行比较，分析配准精度指标的符合程度。该方法针对多谱段航天光学遥感相机设计，能够快速准确对多谱段航天光学遥感相机在轨后获取的遥感图像配准精度进行预估，分析与配准精度指标的符合程度，指导多谱段航天光学遥感相机设计。

Description

光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统及方法
技术领域
本发明涉及一种多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算装置极其方法，属于航天遥感制造领域。
背景技术
多谱段航天光学遥感图像在光谱分辨率，空间分辨率等方面都有了很大的提升。遥感图像融合和解译等各种应用对不同谱段图像数据空间上配准精度要求越来越高，多谱段航天光学遥感相机图像波段配准已经是高分辨率光学遥感卫星多光谱相机数据预处理的关键环节。
设计时，多谱段航天光学遥感相机在焦平面内视场不同谱段排列依次对同一地物分时成像，造成了每两谱段之间摄影有一定的基高比，当观测物体高度在不同谱段造成的投影差异超过指标要求时，则在不同谱段图像中该物体无法实现空间配准。
为了避免多谱段航天光学遥感相机设计上的瑕疵造成产品指标超差，同时给高分遥感卫星多光谱影像预处理工作带来难题，应该在设计阶段对多谱段航天光学遥感相机各谱段之间配准精度进行论证分析，修正设计缺陷，需要对航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度进行计算。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，填补目前多谱段航天光学遥感相机设计配准精度分析方法不足，针对航天光学遥感相机多谱段配准精度分析，提供一种航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统及方法，能够快速准确对多谱段航天光学遥感相机在轨后获取的遥感图像配准精度进行预估，分析与配准精度指标的符合程度，指导多谱段航天光学遥感相机设计。
本发明解决的技术方案为：
一种多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统，包括：信息计算模块和指标分析模块；其中，信息计算模块包括数据准备单元和数据计算单元，指标分析模块包括精度分析单元和结果输出单元；
数据准备单元读取多谱段航天光学遥感相机设计指标中的相关参数，并发送给数据计算单元；数据计算单元根据所述相关参数计算出各个谱段在轨图像地面分辨率和各个谱段探测器的指向角，提供给精度分析单元；精度分析单元对各个谱段两两组合，计算得到每个谱段组合的配准精度指标符合程度，并传输给结果输出单元；结果输出单元将多谱段航天光学遥感相机每两谱段配准精度符合程度形成文件输出并显示。
进一步的，所述数据准备单元读取多谱段航天光学遥感相机设计指标中的相关参数，包括：成像物距H、主距f、焦平面主点坐标(x0，y0)、各个谱段探测器单个探元尺寸pi以及各个谱段探测器中心坐标(xi，yi)；其中i为正整数，代表谱段数。
进一步的，数据计算单元根据成像物距H、主距f和各个谱段探测器探元尺寸pi计算出各个谱段在轨图像地面分辨率GSDi：
GSDi＝H×pi/f。
进一步的，根据各个谱段探测器中心坐标(xi，yi)、焦平面主点坐标(x0，y0)和主距f，计算各个谱段探测器的指向角θi：
Figure BDA0003676738470000021
进一步的，所述精度分析单元对各个谱段两两组合，计算得到每个谱段组合的配准精度指标符合程度，具体包括：
精度分析单元对各个谱段两两组合，每个组合均计算谱段指向角之差Δθmn，并选择两谱段中地面分辨率较大的值GSDmn，m和n代表组合中的两个谱段数；
设定观测区域最大相对高度dH，计算m谱段和n谱段最大匹配误差Emn；
遍历所有谱段组合，获得各个组合的最大匹配误差Emn，每个谱段组合最大匹配误差Emn与设计配准精度指标T相比较，得到每个谱段组合的配准精度指标符合程度。
进一步的，m谱段和n谱段最大匹配误差Emn为
Emn＝dH×tan(Δθmn)/GSDmn。
进一步的，若Emn<T则满足指标，若Emn>T则不满足指标，得到每个谱段组合的配准精度指标符合程度，并传输给结果输出单元。
进一步的，本发明还提出一种多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算方法，包括如下步骤：
(1)读取多谱段航天光学遥感相机设计指标中的成像物距H、主距f、焦平面主点(x0，y0)、各个谱段探测器单个探元尺寸pi、各个谱段探测器中心(xi，yi)，其中i为正整数，代表谱段数；
(2)计算各个谱段在轨图像地面分辨率GSDi；
(3)计算各个谱段探测器的指向角θi；
(4)设定观测区域最大相对高度dH和配准精度指标T；
(5)计算m谱段和n谱段指向角之差Δθmn,并选取精度分析地面分辨率GSDmn；
(6)计算m谱段和n谱段最大匹配误差Emn为：
Emn＝dH×tan(Δθmn)/GSDmn；
(7)对m谱段和n谱段配准精度指标符合程度进行判断，若Emn<T则满足指标，若Emn>T则不满足指标；
(8)重复步骤(5)-(7)，直到所有谱段组合遍历结束，得到每两个谱段配准精度指标的符合程度；
(9)输出由步骤(8)得到的每两个谱段配准精度的符合程度。
进一步的，各个谱段在轨图像地面分辨率GSDi为GSDi＝H×pi/f；
各个谱段探测器的指向角θi为：
Figure BDA0003676738470000041
进一步的，m谱段和n谱段指向角之差Δθmn具体为：Δθmn＝fabs(θm-θn)；
选取精度分析地面分辨率GSDmn，具体为：
若GSDm＞GSDn，则GSDmn取值为GSDm；
若GSDm＜GSDn，则GSDmn取值为GSDn。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)在多谱段航天光学遥感相机设计阶段对在轨后获取的遥感图像配准精度进行预估。
(2)在多谱段航天光学遥感相机设计阶段分析在轨多谱段图像配准精度指标的符合程度，指导多谱段航天光学遥感相机设计。
(3)本发明根据多谱段航天光学遥感相机设计指标，计算相同地物在各个谱段上成像的投影差异，再由投影差异计算各个谱段在轨获取的遥感图像之间匹配误差，与要求配准精度指标进行比较，分析配准精度指标的符合程度。该方法针对多谱段航天光学遥感相机设计，能够快速准确对多谱段航天光学遥感相机在轨后获取的遥感图像配准精度进行预估，分析与配准精度指标的符合程度，指导多谱段航天光学遥感相机设计。
附图说明
图1为本发明实施例的流程示意图；
图2为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
本发明的基本思路为：提供一种多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算装置，该装置根据多谱段航天光学遥感相机设计指标，计算相同地物在各个谱段上成像的投影差异，再由投影差异计算各个谱段在轨获取的遥感图像之间匹配误差，与要求配准精度指标进行比较，分析配准精度指标的符合程度。该方法针对多谱段航天光学遥感相机设计，能够快速准确对多谱段航天光学遥感相机在轨后获取的遥感图像配准精度进行预估，分析与配准精度指标的符合程度，指导多谱段航天光学遥感相机设计。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图2所示，本发明提出的一种航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统，包括信息计算模块和指标分析模块，信息计算模块包括数据准备单元和数据计算单元，指标分析模块包括精度分析单元和结果输出单元。
数据准备单元读取多谱段航天光学遥感相机设计指标中的成像物距H，主距f，焦平面主点(x0，y0)，各个谱段探测器单个探元尺寸pi，各个谱段探测器中心(xi，yi)，其中i为正整数，代表谱段数。
将H，f，pi，(x0，y0),(xi，yi)传送给数据计算单元；
数据计算单元根据成像物距H，主距f和各个谱段探测器探元尺寸pi计算出各个谱段在轨图像地面分辨率GSDi＝H×pi/f；
根据各个谱段探测器中心(xi，yi)，主点(x0，y0)和主距f，计算各个谱段探测器的指向角
Figure BDA0003676738470000051
将GSDi和θi传送给精度分析单元；精度分析单元对各个谱段两两组合，每个组合计算谱段指向角之差Δθmn，并选择两谱段中地面分辨率较大的值GSDmn，m和n代表组合中的两个谱段数；
设定观测区域最大相对高度dH，计算m谱段和n谱段最大匹配误差Emn＝dH×tan(Δθmn)/GSDmn，遍历所有谱段组合，获得各个组合的最大匹配误差；
每个谱段组合最大匹配误差与设计配准精度指标T相比较，若Emn<T则满足指标，若Emn>T则不满足指标，得到每个谱段组合的配准精度指标符合程度，并传输给结果输出单元；
结果输出单元将多谱段航天光学遥感相机每两谱段配准精度符合程度形成文件输出并显示。
利用上述一种多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统，本发明还给出一种航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算方法，如图1所示，该方法具体步骤如下：
(1)读取多谱段航天光学遥感相机设计指标中的成像物距H、主距f、焦平面主点(x0，y0)、各个谱段探测器单个探元尺寸pi、各个谱段探测器中心(xi，yi)，其中i为正整数，代表谱段数；
(2)计算各个谱段在轨图像地面分辨率GSDi；
GSDi为GSDi＝H×pi/f；
(3)计算各个谱段探测器的指向角θi；
Figure BDA0003676738470000061
(4)设定观测区域最大相对高度dH和配准精度指标T；
(5)计算m谱段和n谱段指向角之差Δθmn,并选取精度分析地面分辨率GSDmn；
Δθmn＝fabs(θm-θn)；
(6)计算m谱段和n谱段最大匹配误差Emn为：
Emn＝dH×tan(Δθmn)/GSDmn；
(7)对m谱段和n谱段配准精度指标符合程度进行判断，若Emn<T则满足指标，若Emn>T则不满足指标；
选取精度分析地面分辨率GSDmn，具体为：
若GSDm＞GSDn，则GSDmn取值为GSDm；
若GSDm＜GSDn，则GSDmn取值为GSDn。
(8)重复步骤(5)-(7)，直到所有谱段组合遍历结束，得到每两个谱段配准精度指标的符合程度；
(9)输出由步骤(8)得到的每两个谱段配准精度的符合程度。
实施例：
航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算，按照如下方式进行：
(1)数据准备单元读取多谱段航天光学遥感相机设计指标中的成像物距H＝500000m，主距f＝0.25m，焦平面主点(x0，y0)＝(0,0)，共3谱段，各个谱段探测器单个探元尺寸p1＝5μm，p2＝p3＝10μm，各个谱段探测器中心(x1，y1)＝(0,0.0001m)，(x2，y2)＝(0,0.0002m),(x3，y3)＝(0,0.0003m)；
(2)数据计算单元计算各个谱段在轨图像地面分辨率
GSD1＝H×p1/f＝10m，GSD2＝GSD3＝H×p2/f＝20m；
(3)数据计算单元计算各个谱段探测器的指向角
Figure BDA0003676738470000071
Figure BDA0003676738470000072
Figure BDA0003676738470000073
(4)精度分析单元设定观测区域最大相对高度dH＝8848m和配准精度指标T＝0.3像元；
(5)精度分析单元计算第1谱段和第2谱段指向角之差Δθ12＝fabs(θ1-θ2)＝0.0229°，因为GSD1＝10m<GSD2＝20m，选取精度分析地面分辨率GSD12＝20m，计算第1谱段和第3谱段指向角之差Δθ13＝fabs(θ1-θ3)＝0.0459°，因为GSD1＝10m<GSD3＝20m，选取精度分析地面分辨率GSD13＝20m，计算第2谱段和第3谱段指向角之差Δθ23＝fabs(θ2-θ3)＝0.0230°，因为GSD2＝GSD3＝20m，选取精度分析地面分辨率GSD23＝20m；
(6)精度分析单元计算第1谱段和第2谱段最大匹配误差
E12＝dH×tan(Δθ12)/GSD12＝0.1768像元，计算第1谱段和第3谱段最大匹配误差E13＝dH×tan(Δθ13)/GSD13＝0.3544像元，计算第2谱段和第3谱段最大匹配误差E23＝dH×tan(Δθ23)/GSD23＝0.1776像元；
(7)精度分析单元计算第1谱段和第2谱段配准精度指标符合程度，E12<T，满足指标要求，计算第1谱段和第3谱段配准精度指标符合程度，E13>T，不满足指标要求，计算第2谱段和第3谱段配准精度指标符合程度，E23<T，满足指标要求；
(8)结果输出单元输出由步骤(7)得到的每两个谱段配准精度的符合程度。
本发明根据多谱段航天光学遥感相机设计指标，计算相同地物在各个谱段上成像的投影差异，再由投影差异计算各个谱段在轨获取的遥感图像之间匹配误差，与要求配准精度指标进行比较，分析配准精度指标的符合程度。该方法针对多谱段航天光学遥感相机设计，能够快速准确对多谱段航天光学遥感相机在轨后获取的遥感图像配准精度进行预估，分析与配准精度指标的符合程度，指导多谱段航天光学遥感相机设计。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (10)

1.一种多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统，其特征在于包括：信息计算模块和指标分析模块；其中，信息计算模块包括数据准备单元和数据计算单元，指标分析模块包括精度分析单元和结果输出单元；
数据准备单元读取多谱段航天光学遥感相机设计指标中的相关参数，并发送给数据计算单元；数据计算单元根据所述相关参数计算出各个谱段在轨图像地面分辨率和各个谱段探测器的指向角，提供给精度分析单元；精度分析单元对各个谱段两两组合，计算得到每个谱段组合的配准精度指标符合程度，并传输给结果输出单元；结果输出单元将多谱段航天光学遥感相机每两谱段配准精度符合程度形成文件输出并显示。
2.根据权利要求1所述的多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统，其特征在于：所述数据准备单元读取多谱段航天光学遥感相机设计指标中的相关参数，包括：成像物距H、主距f、焦平面主点坐标(x0，y0)、各个谱段探测器单个探元尺寸pi以及各个谱段探测器中心坐标(xi，yi)；其中i为正整数，代表谱段数。
3.根据权利要求2所述的多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统，其特征在于：数据计算单元根据成像物距H、主距f和各个谱段探测器探元尺寸pi计算出各个谱段在轨图像地面分辨率GSDi：
GSDi＝H×pi/f。
4.根据权利要求3所述的多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统，其特征在于：根据各个谱段探测器中心坐标(xi，yi)、焦平面主点坐标(x0，y0)和主距f，计算各个谱段探测器的指向角θi：
Figure FDA0003676738460000011
5.根据权利要求4所述的多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统，其特征在于：所述精度分析单元对各个谱段两两组合，计算得到每个谱段组合的配准精度指标符合程度，具体包括：
精度分析单元对各个谱段两两组合，每个组合均计算谱段指向角之差Δθmn，并选择两谱段中地面分辨率较大的值GSDmn，m和n代表组合中的两个谱段数；
设定观测区域最大相对高度dH，计算m谱段和n谱段最大匹配误差Emn；
遍历所有谱段组合，获得各个组合的最大匹配误差Emn，每个谱段组合最大匹配误差Emn与设计配准精度指标T相比较，得到每个谱段组合的配准精度指标符合程度。
6.根据权利要求5所述的多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统，其特征在于：m谱段和n谱段最大匹配误差Emn为
Emn＝dH×tan(Δθmn)/GSDmn。
7.根据权利要求5所述的多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算系统，其特征在于：若Emn<T则满足指标，若Emn>T则不满足指标，得到每个谱段组合的配准精度指标符合程度，并传输给结果输出单元。
8.一种多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)读取多谱段航天光学遥感相机设计指标中的成像物距H、主距f、焦平面主点(x0，y0)、各个谱段探测器单个探元尺寸pi、各个谱段探测器中心(xi，yi)，其中i为正整数，代表谱段数；
(2)计算各个谱段在轨图像地面分辨率GSDi；
(3)计算各个谱段探测器的指向角θi；
(4)设定观测区域最大相对高度dH和配准精度指标T；
(5)计算m谱段和n谱段指向角之差Δθmn,并选取精度分析地面分辨率GSDmn；
(6)计算m谱段和n谱段最大匹配误差Emn为：
Emn＝dH×tan(Δθmn)/GSDmn；
(7)对m谱段和n谱段配准精度指标符合程度进行判断，若Emn<T则满足指标，若Emn>T则不满足指标；
(8)重复步骤(5)-(7)，直到所有谱段组合遍历结束，得到每两个谱段配准精度指标的符合程度；
(9)输出由步骤(8)得到的每两个谱段配准精度的符合程度。
9.根据权利要求8所述的一种多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算方法，其特征在于：各个谱段在轨图像地面分辨率GSDi为GSDi＝H×pi/f；
各个谱段探测器的指向角θi为：
Figure FDA0003676738460000031
10.根据权利要求8所述的一种多谱段航天光学遥感相机图像配准精度指标符合程度计算方法，其特征在于：m谱段和n谱段指向角之差Δθmn具体为：Δθmn＝fabs(θm-θn)；
选取精度分析地面分辨率GSDmn，具体为：
若GSDm＞GSDn，则GSDmn取值为GSDm；
若GSDm＜GSDn，则GSDmn取值为GSDn。
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