一種用於衛星遙感影像幾何校正的控制點粗差自動檢測方法
2023-12-11 17:07:32 2
專利名稱：一種用於衛星遙感影像幾何校正的控制點粗差自動檢測方法
技術領域：
本發明涉及衛星遙感影像幾何校正技術，是一種衛星遙感幾何校正過程中控制點粗差觀 測值的自動檢測方法。粗差觀測值對衛星遙感影像幾何校正模型的求解具有破壞性作用，釆 用該方法自動檢測粗差控制點，可以有效地檢測出粗差控制點，提高衛星遙感影像幾何校正 模型求解的可靠性。
背景技術：
在衛星遙感影像幾何校正過程中，主要過程分為兩步使用地面控制點觀測值求解衛星 遙感影像幾何校正模型，和使用衛星遙感幾何校正模型對衛星遙感影像進行校正。影像校正 後的幾何精度除與校正模型的選擇有關外，主要與模型求解的精度有關。而模型求解的精度， 則主要取決於控制點觀測值的質量、模型初值的精度和模型求角？算法的優劣。
控制點觀測值包括地面點三維坐標及其對應的圖像像素坐標。由於衛星遙感影像校正過 程中需要大量控制點觀測值，且這些觀測值的一個重要來源是圖像自動匹配，因此可能會存 在粗差觀測值。控制點粗差觀測值如果不能有效檢測並去除，會不同程度地影響衛星遙感影 像校正模型的準確度，進而影響衛星遙感影響幾何校正後的精度。
為了克服粗差觀測值的影響，傳統的數據探測法按照如下步驟進行粗差檢測
(1) 對於線性模型中最為常見的Gauss-Markov模型，
2 ， (1.1) 2, = erf
式中，/為"xl階觀測向量，S,為其協方差陣，戶為觀測值權陣，(72為單位權方差，x為 wxl階未知參數向量，A為wx"階係數陣。F為改正數向量。
求其未知向量X的最小二乘解S為
YiV (1.2)
(2) 將(1.2)代入(1.1)中，可求得改正數向量F，進而可以求得單位 權中誤差的估值《，
3formula see original document page 4
式中r為多餘觀測數。
(3) 計算改正數的權係數矩陣(協因數陣)
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(4) 根據上述計算結果計算觀測值的標準化殘差w,，
formula see original document page 4
公式(1.5)中，v,為第/個觀測值的改正數，",為2^矩陣的第/個對角線元素。
(5) 通過標準化殘差w,的統計檢驗判斷/,是否存在粗差，即給定一個顯著 性水平a。，由正態分布表得到檢驗臨界值尺^若kl《/^，則認為該觀測值為正
常值，若卜,>《《，則認為該觀測值含有粗差。
然而，由於衛星遙感影像成像方式的特殊性，衛星遙感成像模型有嚴重的病態性，且需 要多次迭代求解，傳統的粗差檢測方法無法用於衛星遙感影像的控制點粗差檢測。主要體現 在兩方面改正數在迭代過程中不斷變化。初始的改正數數值較大，無法用於傳統粗差檢測； 而g^矩陣在迭代過程中不斷趨近於0矩陣，也無法用於傳統粗差檢測方法。
發明內容
本發明結合衛星遙感成像特點，改進了傳統的粗差檢驗方法，使其能夠應用於衛星遙感 影像的控制點粗差檢測。
本發明方法基於如下考慮在衛星遙感影像幾何校正模型求解過程中，存在大量的循環
迭代過程，如果在這些迭代過程中，選擇合適的改正數和協因數陣，用於控制點觀測值的豐且 差檢測，對於粗差檢測方法的有效性具有重要的意義。
本發明提出，在衛星遙感影像幾何校正模型的求解過程中，存在兩層循環迭代過程，使 用內循環中的改正數，同時使用外循環的協因數陣，求解控制點觀測值的標準化殘差。作為 對傳統粗差檢測方法的改進。說明書附
圖1描述了本發明提出的粗差自動檢測方法改進後的 流程。
具體實施例方式
下文結合說明書附圖2,以Landsat-5衛星遙感影像幾何校正過程中控制點粗差觀測值自
動檢測方法為例，對本發明的具體實施方式
作詳細說明。本發明所述方法包含但不限於所舉
實例。本方法使用於多種不同的衛星遙感影像幾何校正模型。
步驟l:讀取衛星遙感數據的頭文件，獲取相關信息，建立衛星初始成像模型； 步驟2:根據衛星初始成像模型和控制點信息，建立方程，求解模型優化參數； 步驟3:求解最優參數的循環，判斷模型優化參數的求解結果是否為最終解。如果不是，
建立法方程，更新法方程係數矩陣和誤差矩陣，進一步進行求解；如果是最優解，結束這一
循環；
步驟4:從歩驟2中得到協因數矩陣，從步驟3中的最末次循環中得到改正數向量，對 控制點是否為粗差進行假設檢驗；
步驟5:根據假設檢驗的結果，如果符合假設檢驗停止條件，粗差檢測過程結束，如果 不符合假設檢驗停止條件，則將更新控制點集合，然後重複步驟2—步驟5，直到粗差檢測過 程停止。
權利要求
1.一種用於衛星遙感影像幾何校正的控制點粗差自動檢測方法的主要步驟是(1)讀取衛星遙感影像頭文件，建立衛星遙感影像幾何校正初始模型，與控制點計算模型求解的係數矩陣與殘差向量；(2)在求解模型未知參數過程中存在兩個層次的循環，在迭代運算的第一個循環中計算協因數矩陣，在迭代運算的第二個循環中計算控制點觀測值的改正數；(3)使用計算得到的協因數矩陣和控制點觀測值的改正數計算標準化殘差；(4)使用假設檢驗方法對粗差觀測值進行檢測。
2. 根據權利要求1所述方法，其特徵是所述步驟(2)中在迭代運算的第一個循環中計算協因數矩陣，在迭代運算的第二個循環中計算控制點觀測值的改正數。
全文摘要
本發明提出了適用於衛星遙感影像控制點觀測值的粗差自動檢測方法，該方法在衛星遙感影像幾何校正模型求解過程中，在不同的迭代層次中選取觀測值改正數與觀測值的協因數陣，解決了衛星遙感影像幾何校正模型求解過程中多次迭代時，傳統粗差檢測方法無法確定觀測值改正數與觀測值的缺點。該方法可以廣泛適用於多用衛星遙感影像幾何校正模型以及模型需要多層次迭代的情況。
文檔編號G01S7/48GK101639532SQ200910169899
公開日2010年2月3日 申請日期2009年9月8日 優先權日2009年9月8日
發明者焦偉利, 袁繼穎, 賈秀鵬 申請人:中國科學院對地觀測與數字地球科學中心