海量光学遥感图像快速几何处理研究

论文摘要

高分辨率卫星遥感影像的出现使得在较小的空间尺度上观察地表的细节变化、进行大比例尺遥感制图以及监测人为活动对环境的影响成为可能。目前它已在城市生态环境评价、城市规划、地形图更新、地籍调查、精准农业等方面得到了广泛的应用。遥感图像的正射纠正、配准和镶嵌等几何处理是一切遥感影像应用中必不可少的一个基本环节。然而高分辨率卫星影像的多样性和复杂性令传统的几何处理技术不再完全适用,主要表现在：（1）多种成像模型使得高分辨率正射纠正变得更加困难；（2）高分辨率遥感数据使数据量呈级数增长,从而带来海量遥感数据处理的问题；（3）自动化几何处理包括自动配准和自动镶嵌的算法设计及其实现所带来的困难。基于以上问题的分析,本文从算法研究、系统设计、系统实现和实验设计与验证等多个方面对高分辨率卫星遥感影像自动几何处理的理论方法及系统设计的解决方法进行了探索。高分辨率遥感影像的自动几何处理包含正射校正、自动配准和自动镶嵌。本文首先研究不同传感器模型的正射校正方法,在校正时根据卫星的成像方式选择合适的模型；对于正射校正后的影像,其几何坐标仍然会有些许的误差,本文使用基于地理初始坐标和模板匹配的方法,实现两幅图像的精确配准,为了提高控制点的质量,使用了控制点初选和精选两步筛选的方案；最后根据配准后的图像调整色调后,镶嵌到一幅影像上去,最终达到几何处理的自动化。对于海量数据处理所带来的困难,本文采用基于统一的分块分层存储结构,并在处理时,使用内存映射和分块处理相结合的方式提高处理效率。然后设计了一个海量高分辨率遥感影像的自动几何处理系统,使用C++语言在Visual Studio 2005开发环境中实现。系统实现后,根据不同的成像模型的卫星数据对系统进行测试,对于通用成像模型,则使用IKONOS遥感影像；对于物理成像模型,使用SPOT5高分辨率卫星影像；对于自动配准镶嵌系统则使用多幅CBERS 02星2级数据产品和Landsat 7 ETM+L1G数据产品进行验证,实验结果说明该算法流程可以实现遥感数据几何处理的自动化和多种遥感图像精确配准的需求,并在实现上突破了数据量的限制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 背景
• 1.1.2 目的意义
• 1.1.3 项目来源和经费支持
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高分辨率卫星影像几何处理现状
• 1.2.2 CBERS-02B卫星影像几何处理现状
• 1.3 研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.3.3 论文创新点
• 1.4 论文基本框架
• 第2章 高分辨率卫星影像几何处理方法和实验
• 2.1 基于不同传感器模型的几何纠正
• 2.1.1 框幅式传感器几何纠正模型
• 2.1.2 线阵CCD传感器几何纠正模型
• 2.1.3 有理函数模型（RFM）
• 2.1.4 模型的选取和实验
• 2.2 自动配准
• 2.2.1 自动配准流程
• 2.2.2 重采样方式
• 2.2.3 自动配准实验
• 2.3 自动镶嵌
• 2.3.1 整体色调调整
• 2.3.2 镶嵌实验
• 第3章 海量遥感数据处理方法
• 3.1 分块处理
• 3.2 内存映射
• 3.3 内存映射和分块处理结合的策略和实验
• 第4章 高分辨率卫星影像自动处理系统设计和实现
• 4.1 系统体系结构
• 4.2 可视化和交互模块
• 4.3 海量数据动态内存调度模块
• 4.4 遥感图像几何处理模块
• 4.4.1 分块处理和进度报告功能
• 4.4.2 遥感图像正射功能
• 4.4.3 遥感图像配准功能
• 4.4.4 遥感图像镶嵌功能
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历与在学期间发表的论文