星载遥感影像几何精校正方法研究及系统设计

论文摘要

蓬勃发展的遥感卫星对地观测技术，促进了卫星遥感数据的广泛应用，在国民经济和国防建设中发挥着重要作用。然而卫星在成像时，原始影像会受到多种误差的影响而发生几何畸变，因此必须对影像进行几何校正，实现精确的地理编码，为后续的几何测量、相互比较及复合分析提供支持。校正模型是几何校正的基础，反映了影像的构像关系，通常分为两大类，即基于传感器特性的严格几何模型(RGRM)和不依赖于传感器的广义模型(GGRM)。在被动接收或参数缺失条件下，直接利用RGRM校正的方法往往失效，通常采用根据地面控制点解算模型参数进而校正的方法，即几何精校正处理。目前，星载遥感影像几何精校正模型种类比较丰富，系统分析比较这些模型性能和精度，研究相关模型对QuickBird等新型传感器的适用性，对实际应用将会有积极的意义；同时与光学校正模型的“百花齐放”相比，星载SAR影像的校正模型则较单一，主要是RGRM，为被动接收条件下SAR影像的定位带来了困难。此外，沙漠、海洋、境外等地区，由于地面特征不明显、人员无法到达或需要实时定位，地面控制点的获取往往比较困难甚至根本不可能，而被动接收条件下卫星参数缺失，无疑为这些区域的定位带来更大难度，为此研究卫星参数缺失条件下无地面控制点或少地面控制点影像的定位对于保障国家安全和开展国土资源调研具有重要的意义。比较而言，在遥感影像几何精校正处理中，地面控制点能否准确快速获取已经成为制约几何精校正能否自动实现的“瓶颈”，传统的通过参考图人工目视解译或实地测量采集控制点方式，费时费力，而基于地面控制点图像片匹配获取控制点的方式实用性又待提高，因此有必要研究新的解译交互方法以辅助人工快速获取地面控制点，并从工程实用角度探讨图像片匹配的有关技术及方法。再者，多星多传感器数据极大丰富，数据产品增值需求旺盛，研究一套能够支持多源影像、覆盖多种校正模型、面向产品生产的几何精校正系统成为迫切任务。 基于以上分析，本文就星载遥感影像几何精校正的理论方法及系统实现的难点进行了深入研究，主要工作及创新成果如下： 系统分析了星载光学影像和星载SAR影像多种几何精校正模型，并从必须的控制点数目、时间复杂度、性能特点、校正精度等予以综合比较，探讨了控制

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的创新点和贡献
• 1.4 论文的内容安排
• 参考文献
• 第二章 星载遥感影像几何精校正原理与模型分析
• 2.1 引言
• 2.2 星载遥感影像几何特性
• 2.2.1 星载光学影像几何特性
• 2.2.2 星载SAR图像几何特性
• 2.3 坐标系定义
• 2.4 星载遥感影像几何精校正一般原理
• 2.5 相关星载遥感影像几何精校正模型分析
• 2.5.1 通用模型
• 2.5.2 星载光学影像几何精校正模型
• 2.5.3 星载SAR影像几何精校正模型
• 2.6 相关遥感影像几何精校正模型综合比较
• 2.7 模型参数求解及复共线问题解决
• 2.8 影响星载遥感影像几何精校正精度主要因素
• 2.8.1 校正模型及控制点数目对星载遥感影像几何精校正精度的影响
• 2.8.2 控制点分布对星载遥感影像几何精校正精度的影响
• 2.8.3 地形起伏对星载遥感影像几何精校正精度的影响
• 本章小结
• 参考文献
• 第三章 星载SAR图像几何精校正新方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于框幅式投影的星载SAR图像几何精校正算法
• 3.2.1 框幅式投影理论
• 3.2.2 算法证明
• 3.2.3 实验结果及精度分析
• 3.3 基于多中心投影的星载SAR图像几何精校正算法
• 3.3.1 多中心投影理论
• 3.3.2 算法证明
• 3.3.3 实验结果及精度分析
• 本章小结
• 参考文献
• 第四章 基于卫星参数预测的无（少）地面控制点影像定位方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 卫星参数相关理论
• 4.2.1 轨道参数
• 4.2.2 卫星传感器位置及姿态
• 4.3 无控制点星载遥感影像的基于卫星参数预测定位方法原理
• 4.4 少控制点星载遥感影像的基于卫星参数预测的定位方法原理
• 4.5 卫星参数预测模型提出
• 4.5.1 基于Lagrange插值理论的卫星参数预测模型
• 4.6 秩亏平差理论
• 4.7 无控制点星载遥感影像的基于卫星参数预测定位方法实现
• 4.7.1 算法流程及其实现
• 4.7.2 实验结果及精度评估
• 4.8 少控制点星载遥感影像的基于卫星参数预测定位方法实现
• 4.8.1 算法流程及其实现
• 4.8.2 实验结果及精度评估
• 本章小结
• 参考文献
• 第五章 地面控制点获取方式研究
• 5.1 引言
• 5.2 辅助人工目视解译获取地面控制点方式
• 5.2.1 传统放大方式
• 5.2.2 非线性放大方式及其方法
• 5.2.3 新的基于Bezier曲线的透视投影非线性放大方法
• 5.2.4 实验结果及分析
• 5.3 地面控制点图像片自动匹配获取控制点方式
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 地面控制点图像片自动匹配工作流程
• 5.3.3 地面控制点图像片选取原则
• 5.3.4 地面控制点图像片自动匹配相关方法应用及研究
• 本章小结
• 参考文献
• 第六章 星载遥感影像几何精校正系统设计
• 6.1 引言
• 6.2 现有的几何精校正系统介绍
• 6.3 星载遥感影像几何精校正系统设计原则
• 6.4 星载遥感影像几何精校正系统体系结构设计
• 6.5 软件交互主界面的设计
• 6.6 星载遥感影像几何精校正功能构成及其设计
• 6.6.1 功能模块构成
• 6.6.2 影像图形存取显示模块设计
• 6.6.3 控制点管理模块设计
• 6.6.4 校正算法模块设计
• 6.6.5 工程文件管理模块设计
• 6.6.6 地面控制点图像片数据库管理模块设计
• 6.7 星载遥感影像几何精校正软件系统实现
• 6.7.1 影像图形存取显示模块实现
• 6.7.2 控制点管理模块实现
• 6.7.3 校正算法模块实现
• 6.7.4 工程文件管理模块实现
• 6.8 星载遥感影像几何精校正软件系统应用
• 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结束语
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 未来工作展望
• 博士研究期间完成的论文
• 致谢