JP5349273B2 - RPC calculator - Google Patents

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Description

この発明は、撮像画像の歪みを補正するためのＲＰＣモデルを計算するＲＰＣ計算装置に関するものである。   The present invention relates to an RPC calculation apparatus that calculates an RPC model for correcting distortion of a captured image.

人工衛星から地表を撮像した場合、光学系の非線形性、衛星の揺動の影響、また、三次元の地表面を二次元の画像データにすることから、地表面と衛星の像面が非線形な結像関係となり、撮像画像に歪みを生じる。従って正確な画像データを得るためには上記影響を補正する必要があり、地表面上の任意の点と衛星の画像座標を結びつける関数モデルとしてＲＰＣ（Ｒａｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌｙｎｏｍｉｎａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）モデルが一般に用いられる。ＲＰＣモデルでは地表面から像面への射影関係を８０項の有理多項式で表しており、衛星の軌道情報やカメラモデルからＲＰＣモデル計算するために、地表面上の対応点を用いたフィッティングが用いられている（例えば、非特許文献１参照）。   When the ground surface is imaged from an artificial satellite, the nonlinearity of the optical system, the influence of the satellite's rocking, and the 3D ground surface are converted to 2D image data. An imaging relationship is established, and the captured image is distorted. Therefore, in order to obtain accurate image data, it is necessary to correct the influence described above, and an RPC (Relational Polynomial Coefficients) model is generally used as a function model that connects an arbitrary point on the ground surface and the image coordinates of the satellite. In the RPC model, the projection relationship from the ground surface to the image plane is represented by an 80-term rational polynomial, and fitting using corresponding points on the ground surface is used to calculate the RPC model from satellite orbit information and camera models. (See, for example, Non-Patent Document 1).

Ｊａｃｅｋ Ｇｒｏｄｅｃｋｉ，「ＩＫＯＮＯＳ ＳＴＥＲＥＯ ＦＥＡＴＵＲＥ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ−ＲＰＣ ＡＰＰＲＯＡＣＨ」，Ｐｒｏｃｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＳＰＲＳ Ａｎｎｕａｌ ｍｅｅｔｉｎｇ，２００１，ＡＳＰＲＳ，Ａｐｒｉｌ ２００１Jacek Grodecki, “IKONOS STREEO FEATURE EXTRACTION-RPC APPROACH”, Proceedings of ASPRS Annual meeting, 2001, ASPRS, April 2001

ＲＰＣモデルの係数を計算する場合、用いる地表面上の対応点の取り方および点数はＲＰＣモデルの精度や計算時間に大きな影響を与える。このため、対応点の取り方・点数の最適化が非常に重要となるが、従来のＲＰＣ計算装置では、衛星の姿勢や軌道等の状態の違いに対し上記条件が最適化されていないと精度が低下し、精度の良いＲＰＣ出力が得られないという課題があった。
また、ＲＰＣモデルの精度低下を抑制するために多くの対応点を用いた場合、必要数以上の対応点でフィッティングすることになり、計算時間が増加するという課題があった。 When calculating the coefficients of the RPC model, the method of taking corresponding points on the ground surface and the number of points greatly affect the accuracy and calculation time of the RPC model. For this reason, it is very important to optimize the number of corresponding points and the number of points. However, in conventional RPC calculation devices, the above conditions are not optimized for differences in satellite attitudes, orbits, and other conditions. There is a problem that the RPC output cannot be obtained with high accuracy.
Further, when many corresponding points are used in order to suppress a decrease in the accuracy of the RPC model, there is a problem that fitting is performed with more than the necessary number of corresponding points, and calculation time increases.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＲＰＣ計算装置において、フィッティングに用いる地表面上の対応点の取り方、点数を、衛星の姿勢情報、軌道情報および撮像モードによって最適化することで、高精度のＲＰＣモデルを高速に計算することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In the RPC calculation apparatus, the method of obtaining corresponding points on the ground surface used for fitting, the number of points, the attitude information of the satellite, the orbit information, and the imaging mode are provided. The purpose of this is to calculate a high-precision RPC model at high speed.

この発明に係るＲＰＣ計算装置は、人工衛星で撮像した衛星画像に対して、ＲＰＣ（Ｒａｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌｙｎｏｍｉｎａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）モデルの係数を算出するものであり、上記衛星画像を取得した時の各画素に対応した衛星の撮像条件により地表面上の対応点のサンプリング条件を決定するサンプリング条件設定部と、上記衛星画像の各画素におけるセンサの視軸を計算する視軸ベクトル計算部と、上記サンプリング条件設定部および上記視軸ベクトル計算部からのデータにより地表上の対応点を計算する地表対応点計算部と、フィッティングにより上記ＲＰＣモデルの係数を決定する関数モデルフィッティング部と、を備える。   An RPC calculation apparatus according to the present invention calculates a coefficient of an RPC (Rational Polynomial Coefficients) model for a satellite image captured by an artificial satellite, and a satellite corresponding to each pixel when the satellite image is acquired. A sampling condition setting unit that determines the sampling condition of the corresponding point on the ground surface according to the imaging conditions of the above, a visual axis vector calculation unit that calculates the visual axis of the sensor in each pixel of the satellite image, the sampling condition setting unit, and the A ground surface corresponding point calculation unit that calculates corresponding points on the ground surface from data from the visual axis vector calculation unit; and a function model fitting unit that determines a coefficient of the RPC model by fitting.

この発明に係るＲＰＣ計算装置は、サンプリング条件設定部において、衛星画像データを取得した時の各画素に対応した衛星姿勢情報データ、衛星軌道情報データおよび撮像モードデータにより、ｚ軸方向に関しては４層以上、ｘ軸方向に関しては参照点数を５点以上、ｙ軸方向に関してはＲＰＣモデルで決まる精度に収束する参照点以上で分割するようにサンプリング条件を決定し、決定したサンプリング条件に基づき地表対応点計算部および関数モデルフィッティング部でＲＰＣモデルの係数を算出することで、ＲＰＣモデルとして最大の精度が得られる。   In the RPC calculation apparatus according to the present invention, the sampling condition setting unit has four layers in the z-axis direction based on satellite attitude information data, satellite orbit information data, and imaging mode data corresponding to each pixel when satellite image data is acquired. As described above, the sampling conditions are determined so that the number of reference points is 5 or more in the x-axis direction and the reference points converge to the accuracy determined by the RPC model in the y-axis direction, and the ground corresponding points are determined based on the determined sampling conditions. By calculating the coefficient of the RPC model by the calculation unit and the function model fitting unit, the maximum accuracy as the RPC model can be obtained.

この発明の実施形態１に係るＲＰＣ計算装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the RPC calculation apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. ＲＰＣモデルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a RPC model. 人工衛星に生じる揺動の強度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the intensity | strength of the rocking | fluctuation which arises in an artificial satellite. ｚ軸方向の分割数に対するＲＰＣの計算精度を示した図である。It is the figure which showed the calculation precision of RPC with respect to the division number of az axis direction. ｘ軸方向の分割数に対するＲＰＣの計算精度を示した図である。It is the figure which showed the calculation precision of RPC with respect to the division | segmentation number of a x-axis direction. ｙ軸方向の分割数に対するＲＰＣの計算精度を示した図である。It is the figure which showed the calculation precision of RPC with respect to the division | segmentation number of a y-axis direction. 人工衛星の姿勢に対するＲＰＣの計算精度を示した図である。It is the figure which showed the calculation precision of RPC with respect to the attitude | position of an artificial satellite. この発明の実施形態２に係るＲＰＣ計算装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the RPC calculation apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention.

以下、本発明のＲＰＣ計算装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係るＲＰＣ計算装置の構成を示す構成図である。
この発明の実施の形態１に係るＲＰＣ計算装置１は、図１に示すように、衛星画像データ６、衛星画像データ６を取得した時の各画素に対応した衛星姿勢情報データ７、衛星軌道情報データ８および撮像モードデータ９が入力され、これらのデータを用いてＲＰＣモデル１０を算出し出力する。 Hereinafter, preferred embodiments of the RPC calculation apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the RPC calculation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, the RPC calculation apparatus 1 according to Embodiment 1 of the present invention includes satellite image data 6, satellite attitude information data 7 corresponding to each pixel when satellite image data 6 is acquired, and satellite orbit information. Data 8 and imaging mode data 9 are input, and RPC model 10 is calculated and output using these data.

そして、ＲＰＣ計算装置１は、入力された衛星姿勢情報データ７、衛星軌道情報データ８および撮像モードデータ９を用いて地表面上の対応点のサンプリング条件を決定するサンプリング条件設定部２と、衛星姿勢情報データ７および衛星軌道情報データ８を用いて衛星画像データ６の画素毎にセンサの視軸を計算する視軸ベクトル計算部３と、サンプリング条件設定部２および視軸ベクトル計算部３からのデータを用いて地表上の対応点を計算する地表対応点計算部４と、フィッティングによりＲＰＣモデルの係数を決定し、ＲＰＣモデル１０を出力する関数モデルフィッティング部５と、を有する。   The RPC calculation apparatus 1 includes a sampling condition setting unit 2 that determines the sampling conditions of corresponding points on the ground surface using the input satellite attitude information data 7, satellite orbit information data 8, and imaging mode data 9, and a satellite. The visual axis vector calculation unit 3 that calculates the visual axis of the sensor for each pixel of the satellite image data 6 using the attitude information data 7 and the satellite orbit information data 8, and the sampling condition setting unit 2 and the visual axis vector calculation unit 3 A ground surface corresponding point calculation unit 4 that calculates corresponding points on the ground surface using data, and a function model fitting unit 5 that determines a coefficient of the RPC model by fitting and outputs an RPC model 10.

次に、この発明の実施の形態１に係るＲＰＣ計算装置１の動作について説明する。
ＲＰＣ計算装置１では、まず、衛星画像データ６を取得した時の各画素に対応した衛星姿勢情報データ７、衛星軌道情報データ８および撮像モードデータ９がサンプリング条件設定部２に入力され、入力されたこれらのデータを用いて最適な地表面上の対応点のサンプリング条件を設定する。 Next, the operation of the RPC calculation apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention will be described.
In the RPC calculation apparatus 1, first, satellite attitude information data 7, satellite orbit information data 8, and imaging mode data 9 corresponding to each pixel when satellite image data 6 is acquired are input to the sampling condition setting unit 2 and input. These data are used to set the optimum sampling conditions for corresponding points on the ground surface.

視軸ベクトル計算部３は、入力された衛星姿勢情報データ７および衛星軌道情報データ８を用いて衛星画像データ６の画素毎にセンサの視軸ベクトルを計算する。   The visual axis vector calculation unit 3 calculates the visual axis vector of the sensor for each pixel of the satellite image data 6 using the input satellite attitude information data 7 and satellite orbit information data 8.

人工衛星によっては、例えば衛星の軌道に拠らず地表の一領域を時間をかけて撮影する撮像モード（積分撮像モード、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）撮像モード）を備えるものがあり、このときの最適なサンプリング条件は通常の撮像モードの場合とは異なる。よって撮像モードデータ９とは、撮像モードによって適したサンプリング条件に切り替えるためのデータである。   Some artificial satellites, for example, have an imaging mode (integrated imaging mode, TDI (Time Delay Integration) imaging mode) that captures a region of the surface over time without depending on the orbit of the satellite. Sampling conditions are different from those in the normal imaging mode. Therefore, the imaging mode data 9 is data for switching to a sampling condition suitable for the imaging mode.

サンプリング条件設定部２で決定されるサンプリング条件については、図２に示すＲＰＣモデルの模式図の通り、衛星の走査方向の垂直方向（ＣＴ方向）を地表面のｘ軸方向、衛星の走査方向（ＡＴ方向）を地表面のｙ軸方向、地表面の高さ方向をｚ軸方向として説明する。また、本実施の形態では地表面の対応点は必ず４隅の点を含み、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向共に等間隔に設定することとする。   As for the sampling condition determined by the sampling condition setting unit 2, as shown in the schematic diagram of the RPC model shown in FIG. 2, the vertical direction (CT direction) of the satellite scanning direction is the x-axis direction of the ground surface, and the satellite scanning direction ( (AT direction) will be described as the y-axis direction of the ground surface, and the height direction of the ground surface as the z-axis direction. In the present embodiment, the corresponding points on the ground surface always include four corner points, and are set at equal intervals in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction.

人工衛星に生じる揺動の強度は、図３に示す通り、一般的に周波数の増加に伴い減少する。そこで人工衛星に対し図３に示した強度分布の揺動を与えた場合における、地表面の高さ方向（ｚ軸方向）の層数に対するＲＰＣ精度のシミュレーション結果の一例を図４に示す。
図４からも分かるようにｚ軸方向の分割数が４層未満では精度が著しく低下する。また、４層以上に層数を増やしても精度の変化はあまり見られない。
人工衛星の姿勢、高度、地上分解能（ＧＳＤ）、撮像領域および分割する地表面の高度（ｚ軸方向の高度）等を変化させても同様の傾向が見られることから、ｚ軸方向に関しては４層以上で分割するようにサンプリング条件を決定することで、ＲＰＣモデルの係数を高精度に計算可能なＲＰＣ計算装置１が得られる。また、計算時間を考慮するとＲＰＣ精度が得られる最小分割数である４層が望ましい。 As shown in FIG. 3, the intensity of oscillation generated in an artificial satellite generally decreases with increasing frequency. Therefore, FIG. 4 shows an example of a simulation result of the RPC accuracy with respect to the number of layers in the height direction (z-axis direction) of the ground surface when the artificial satellite is given the fluctuation of the intensity distribution shown in FIG.
As can be seen from FIG. 4, if the number of divisions in the z-axis direction is less than four layers, the accuracy is significantly reduced. In addition, even if the number of layers is increased to 4 layers or more, a change in accuracy is not so much seen.
Since the same tendency can be seen even if the attitude, altitude, ground resolution (GSD), imaging area and altitude of the ground surface to be divided (the altitude in the z-axis direction) are changed, 4 for the z-axis direction. By determining the sampling condition so as to be divided into layers or more, the RPC calculation apparatus 1 capable of calculating the coefficient of the RPC model with high accuracy can be obtained. Further, considering the calculation time, four layers that are the minimum number of divisions that can obtain the RPC accuracy are desirable.

次に、人工衛星に対して周波数に応じた強度分布の揺動を与えた場合の、ｘ軸方向の参照点数に対するＲＰＣ精度のシミュレーション結果の一例を図５に示す。
ｘ軸方向およびｙ軸方向に関しては、ｚ軸方向のように自ら地表面の高度と層数を決定するのではなく、例えば１０００×１０００画素からなるような衛星の撮像画像から、サンプリングする点を間引いて参照点数を決定する。図５から分かるようにｘ軸方向の参照点を５点未満として分割した場合は精度が著しく低下する。また、参照点を５点以上に増やしても精度の変化はあまり見られない。
ｚ軸方向と同様に、人工衛星の撮像条件を変化させても上記傾向は変化しないことから、ｘ軸方向に関しては５点以上の参照点で分割するようにサンプリング条件を決定することで、ＲＰＣモデルの係数を高精度に計算可能なＲＰＣ計算装置１が得られる。また、計算時間を考慮するとＲＰＣ精度が得られる最小参照点数である５点での分割が望ましい。 Next, FIG. 5 shows an example of a simulation result of the RPC accuracy with respect to the number of reference points in the x-axis direction when the artificial satellite is subjected to fluctuation of the intensity distribution according to the frequency.
For the x-axis direction and the y-axis direction, instead of determining the altitude and the number of layers on the ground surface as in the z-axis direction, sampling points are taken from the captured image of a satellite having, for example, 1000 × 1000 pixels. Decimate the number of reference points. As can be seen from FIG. 5, when the reference point in the x-axis direction is divided into less than 5 points, the accuracy is remarkably lowered. Moreover, even if the reference points are increased to 5 points or more, the change in accuracy is not so much seen.
Similar to the z-axis direction, the above-mentioned tendency does not change even if the imaging condition of the artificial satellite is changed. Therefore, in the x-axis direction, the RPC is determined by determining the sampling condition so that it is divided at five or more reference points. The RPC calculation apparatus 1 that can calculate the coefficient of the model with high accuracy is obtained. Further, in consideration of calculation time, it is desirable to divide by 5 points which is the minimum number of reference points that can obtain the RPC accuracy.

最後に、人工衛星に対して周波数に応じた強度分布の揺動を与えた場合の、ｙ軸方向の参照点数に対するＲＰＣ精度のシミュレーション結果の一例を図６に示す。図６より、ｙ軸方向では使用する参照点数の増加に比例してＲＰＣの精度が向上し、最終的に衛星の姿勢や軌道等の条件により決定されるＲＰＣモデルで決まる精度に収束する。これはＲＰＣモデルの関数モデルが３次関数で表されるため、ＲＰＣモデルにより補正される誤差は主に低周波成分となり、高周波成分の誤差はそのままＲＰＣモデルの誤差として残り、いくら参照点数を増やしても上記誤差は改善されず最終的にＲＰＣモデルで決定される精度に収束するためである。従って、ｙ軸方向では、ＲＰＣモデルで決まる精度に収束する参照点数以上で分割するようにサンプリング条件を決定することで、高精度にＲＰＣモデルの係数を計算可能なＲＰＣ計算装置１が得られる。また、計算時間を考慮するとＲＰＣモデルで決まる精度に収束する最小の参照点数で分割することが望ましい。   Finally, FIG. 6 shows an example of a simulation result of the RPC accuracy with respect to the number of reference points in the y-axis direction when a fluctuation of the intensity distribution according to the frequency is given to the artificial satellite. From FIG. 6, in the y-axis direction, the RPC accuracy improves in proportion to the increase in the number of reference points to be used, and finally converges to the accuracy determined by the RPC model determined by conditions such as the attitude and orbit of the satellite. This is because the function model of the RPC model is represented by a cubic function, so the error corrected by the RPC model is mainly a low-frequency component, and the error of the high-frequency component remains as the error of the RPC model, and the number of reference points increases. However, this is because the error is not improved and finally converges to the accuracy determined by the RPC model. Therefore, in the y-axis direction, the RPC calculation apparatus 1 capable of calculating the coefficient of the RPC model with high accuracy can be obtained by determining the sampling condition so that the division is performed with the number of reference points that converge to the accuracy determined by the RPC model. In consideration of calculation time, it is desirable to divide by the minimum number of reference points that converge to the accuracy determined by the RPC model.

上記ＲＰＣモデルで決まる精度は一般的に人工衛星の姿勢および軌道により影響を受ける。図２に示したＡＴ軸の回転方向をロール角、ＣＴ軸の回転方向をピッチ角とし、ＲＰＣモデルで決まる計算精度のロール角及びピッチ角に対する依存性を図７に示す。図７から分かるように、ＲＰＣモデルで決まる精度はロール角の影響を受けず、ピッチ角の影響を受けることが分かる。また、ＲＰＣモデルで決まる計算精度は当然ながら人工衛星の高度に影響し、衛星の高度が２倍であれば、衛星に同様の揺動が生じた場合には誤差も２倍となる。
従って人工衛星の揺動の高周波成分により生じるＲＰＣモデルの誤差のＲＭＳをΔ１（ｆ）（ｒａｄ）、衛星の高度をｈ（ｍ）、衛星のピッチ角をθｐｉｔｃｈにより生じる誤差をΔ２（θｐｉｔｃｈ）（ｒａｄ）とするとＲＰＣモデルで決まる精度Δｒｐｃは式（１）で表される。 The accuracy determined by the RPC model is generally affected by the attitude and orbit of the artificial satellite. FIG. 7 shows the dependency of the calculation accuracy determined by the RPC model on the roll angle and the pitch angle, with the rotation direction of the AT axis shown in FIG. 2 being the roll angle and the rotation direction of the CT axis being the pitch angle. As can be seen from FIG. 7, the accuracy determined by the RPC model is not affected by the roll angle, but is affected by the pitch angle. In addition, the calculation accuracy determined by the RPC model naturally affects the altitude of the artificial satellite. If the altitude of the satellite is doubled, the error will also be doubled if the same fluctuation occurs in the satellite.
Therefore Δ1 RMS on the RPC model caused by high-frequency components of oscillation of the satellite error (f) (rad), the height of the satellite h (m), the error caused by the pitch angle of the satellite θ pitch Δ2 (θ pitch ) (Rad), the accuracy Δ rpc determined by the RPC model is expressed by equation (1).

Figure 0005349273
Figure 0005349273

ここで、地表面の対応点は必ず４隅の点を含み、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向共に等間隔とし、ｚ軸方向は４層以上、ｘ軸方向の参照点数は５点以上で分割すれば、ＲＰＣモデルの精度はｙ軸方向の分割数でほぼ決まる。
ｙ軸方向の分割数に対するＲＰＣ精度のサンプリング結果の平均値（例えば、１０回以上のサンプリング結果の平均値）を表す関数をΔａｖｅ（ｙ）とすると、式（２）が成り立つｙ軸方向の分割数にすることで、ＲＰＣモデルとして最大の精度が得られる。 Here, the corresponding points on the ground surface always include four corner points, the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction are equally spaced, the z-axis direction is four or more layers, and the reference number in the x-axis direction is five points. If division is performed as described above, the accuracy of the RPC model is almost determined by the number of divisions in the y-axis direction.
When a function representing an average value of sampling results with RPC accuracy with respect to the number of divisions in the y-axis direction (for example, an average value of sampling results of 10 times or more) is Δave (y), the division in the y-axis direction in which Expression (2) is satisfied By using a number, the maximum accuracy can be obtained as an RPC model.

Figure 0005349273
Figure 0005349273

以上のように、ＲＰＣ計算装置１のサンプリング条件設定部２において、衛星画像データ６を取得した時の各画素に対応した衛星姿勢情報データ７、衛星軌道情報データ８および撮像モードデータ９により、ｚ軸方向に関しては４層以上、ｘ軸方向に関しては参照点数を５点以上、ｙ軸方向に関してはＲＰＣモデルで決まる精度に収束する参照点以上で分割するようにサンプリング条件を決定し、決定したサンプリング条件に基づき地表対応点計算部４および関数モデルフィッティング部５でＲＰＣモデルの係数を算出することで、ＲＰＣモデルとして最大の精度が得られる。
また、ｚ軸方向の分割数を４層、ｘ軸方向の参照点数を５点、ｙ軸方向の参照点数をＲＰＣモデルで決まる精度に収束する最小の参照点数と３軸方向ともに精度が得られる最小の分割数にサンプリング条件を決定することで、精度の良いＲＰＣモデルの計算を最短時間で行うことが可能となる。 As described above, the sampling condition setting unit 2 of the RPC calculation device 1 uses the satellite attitude information data 7, the satellite orbit information data 8, and the imaging mode data 9 corresponding to each pixel when the satellite image data 6 is acquired. Sampling conditions are determined so that the number of reference points is 4 or more in the axial direction, the number of reference points is 5 or more in the x-axis direction, and the reference point converges to the accuracy determined by the RPC model in the y-axis direction. By calculating the coefficient of the RPC model by the ground surface corresponding point calculation unit 4 and the function model fitting unit 5 based on the conditions, the maximum accuracy as the RPC model can be obtained.
In addition, accuracy is obtained in both the minimum number of reference points and the three-axis directions that converge to four layers, the number of reference points in the z-axis direction, five points in the x-axis direction, and the number of reference points in the y-axis direction determined by the RPC model. By determining the sampling condition for the minimum number of divisions, it is possible to calculate an accurate RPC model in the shortest time.

実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２に係るＲＰＣ計算装置の構成を示す構成図である。
この発明の実施の形態２に係るＲＰＣ計算装置１Ｂは、この発明の実施の形態１に係るＲＰＣ計算装置１に視軸ベクトル補正部１１を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は簡略化する。
視軸ベクトル補正部１１は、衛星画像データ６とともに地表位置情報データ１２が入力される。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram showing the configuration of the RPC calculation apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The RPC calculation apparatus 1B according to the second embodiment of the present invention is different in that the visual axis vector correction unit 11 is added to the RPC calculation apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to similar parts to simplify the description.
The visual axis vector correction unit 11 receives the ground surface position information data 12 together with the satellite image data 6.

次に、この発明の実施の形態２に係るＲＰＣ計算装置１Ｂの動作について説明する。
実施の形態１では、視軸ベクトル計算部３に入力された衛星姿勢情報データ７および衛星軌道情報データ８を用いて衛星画像データ６の画素毎にセンサの視軸ベクトルを計算しているが、衛星姿勢情報データ７および衛星軌道情報データ８の精度によっては、視軸ベクトル計算部３により計算された視軸ベクトルには無視できない誤差が生じる可能性がある。このため精度の良いＲＰＣモデルを得るためには視軸ベクトルの誤差を補正する必要がある。 Next, the operation of the RPC calculation apparatus 1B according to the second embodiment of the present invention will be described.
In Embodiment 1, the visual axis vector of the sensor is calculated for each pixel of the satellite image data 6 using the satellite attitude information data 7 and the satellite orbit information data 8 input to the visual axis vector calculation unit 3. Depending on the accuracy of the satellite attitude information data 7 and the satellite orbit information data 8, an error that cannot be ignored may occur in the visual axis vector calculated by the visual axis vector calculation unit 3. Therefore, in order to obtain an accurate RPC model, it is necessary to correct an error in the visual axis vector.

そこで実施の形態２では、衛星画像データ６、および衛星画像データ６中に存在する地表面の正確な地表位置情報データ（例えば、緯度経度などの水平位置および高度が正確な値で判明している特長的な地形の基準点であるＧＣＰ（Ｇｒｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）を含む地図データ、または事前に撮像された位置情報が正確である衛星画像等）を視軸ベクトル補正部１１に入力し、双方のＧＣＰの位置の比較に基づいて視軸ベクトルの誤差量を算出する。
そして、算出した視軸ベクトルの誤差量データにより、衛星画像データ６の位置補正を行い、位置補正衛星画像データに変換して地表対応点計算部４に入力することで、衛星軌道の誤差を補正した更に高精度のＲＰＣモデルが算出可能となる。
また、視軸ベクトルの誤差量データは視軸ベクトル計算部３にもフィードバックされ、ＲＰＣモデルの対応点を決定するための視軸ベクトルは、補正後の視軸ベクトルを用いて算出する。
以上のように、正確な位置情報データにより視軸ベクトルの誤差を補正しているので、より正確なＲＰＣモデルの算出が可能となる。 Therefore, in the second embodiment, the satellite image data 6 and the accurate ground surface position information data on the ground surface existing in the satellite image data 6 (for example, the horizontal position and altitude such as latitude and longitude are known with accurate values. Map data including GCP (Ground Control Point), which is a characteristic terrain reference point, or a satellite image with accurate positional information captured in advance is input to the visual axis vector correction unit 11 and both GCPs are input. An error amount of the visual axis vector is calculated based on the comparison of the positions of the visual axis.
Then, the position of the satellite image data 6 is corrected based on the calculated visual axis vector error amount data, converted into position corrected satellite image data, and input to the ground surface corresponding point calculation unit 4 to correct the satellite orbit error. The RPC model with higher accuracy can be calculated.
The visual axis vector error amount data is also fed back to the visual axis vector calculation unit 3, and the visual axis vector for determining the corresponding point of the RPC model is calculated using the corrected visual axis vector.
As described above, since the error of the visual axis vector is corrected by the accurate position information data, a more accurate RPC model can be calculated.

１、１Ｂ ＲＰＣ計算装置、２ サンプリング条件設定部、３ 視軸ベクトル計算部、４ 地表対応点計算部、５ 関数モデルフィッティング部、６ 衛星画像データ、７ 衛星姿勢情報データ、８ 衛星軌道情報データ、９ 撮像モードデータ、１０ ＲＰＣモデル、１１ 視軸ベクトル補正部、１２ 地表位置情報データ。   1, 1B RPC calculation device, 2 sampling condition setting unit, 3 visual axis vector calculation unit, 4 surface corresponding point calculation unit, 5 function model fitting unit, 6 satellite image data, 7 satellite attitude information data, 8 satellite orbit information data, 9 imaging mode data, 10 RPC model, 11 visual axis vector correction unit, 12 ground surface position information data.

Claims (5)

人工衛星で撮像した衛星画像に対して、ＲＰＣ（Ｒａｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌｙｎｏｍｉｎａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）モデルの係数を算出するＲＰＣ計算装置において、
上記衛星画像を取得した時の各画素に対応した衛星の撮像条件により地表面上の対応点のサンプリング条件を決定するサンプリング条件設定部と、
上記衛星画像の各画素におけるセンサの視軸を計算する視軸ベクトル計算部と、
上記サンプリング条件設定部および上記視軸ベクトル計算部からのデータにより地表上の対応点を計算する地表対応点計算部と、
フィッティングにより上記ＲＰＣモデルの係数を決定する関数モデルフィッティング部と、
を備えることを特徴とするＲＰＣ計算装置。 In an RPC calculation device that calculates coefficients of an RPC (Rational Polynomial Coefficients) model for a satellite image captured by an artificial satellite,
A sampling condition setting unit that determines the sampling condition of the corresponding point on the ground surface according to the imaging condition of the satellite corresponding to each pixel when the satellite image is acquired;
A visual axis vector calculation unit for calculating the visual axis of the sensor in each pixel of the satellite image;
A ground surface corresponding point calculation unit that calculates corresponding points on the ground surface from data from the sampling condition setting unit and the visual axis vector calculation unit;
A function model fitting unit for determining the coefficient of the RPC model by fitting;
An RPC calculation apparatus comprising: 上記サンプリング条件設定部は、衛星の姿勢情報データ、衛星の軌道情報データまたは撮像モードデータのいずれか、および上記画像情報データの組み合わせにより地表面上の対応点のサンプリング条件を決定することを特徴とする請求項１に記載のＲＰＣ計算装置。   The sampling condition setting unit determines a sampling condition of a corresponding point on the ground surface by a combination of satellite attitude information data, satellite orbit information data or imaging mode data, and the image information data. The RPC calculation apparatus according to claim 1. 上記サンプリング条件設定部は、地表面の対応点は必ず４隅の点を含む条件で等間隔に設定し、地表の高度方向を４層以上で分割し、また、衛星の走査方向の垂直方向（ＣＴ方向）の参照点を５点以上として分割するようにサンプリング条件を決定することを特徴とする請求項１または２に記載のＲＰＣ計算装置。   The sampling condition setting unit always sets the corresponding points on the ground surface at equal intervals under the condition including the four corner points, divides the altitude direction of the ground surface into four or more layers, and is perpendicular to the scanning direction of the satellite ( 3. The RPC calculation apparatus according to claim 1, wherein the sampling condition is determined so as to divide the reference point in the (CT direction) into five or more reference points. 上記サンプリング条件設定部は、衛星の走査方向（ＡＴ方向）を、ＲＰＣモデルで決まる精度に収束する参照点数以上で分割するようにサンプリング条件を決定することを特徴とする請求項３に記載のＲＰＣ計算装置。   4. The RPC according to claim 3, wherein the sampling condition setting unit determines the sampling condition so as to divide the scanning direction of the satellite (AT direction) by more than the number of reference points that converge to an accuracy determined by the RPC model. Computing device. 人工衛星で取得した衛星画像データと、衛星画像データ中に存在する地表面の正確な位置情報データを含むデータを入力し、双方の位置情報データの比較に基づき視軸ベクトルを補正する視軸ベクトル補正部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＲＰＣ計算装置。   The visual axis vector that corrects the visual axis vector based on the comparison of the positional information data of the satellite image data acquired by the artificial satellite and the data including the accurate positional information data of the ground surface present in the satellite image data. The RPC calculation apparatus according to claim 1, further comprising a correction unit.
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