基於gps的高光譜遙感圖像幾何精校正方法
2023-06-21 05:04:06
基於gps的高光譜遙感圖像幾何精校正方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於GPS的高光譜遙感圖像幾何精校正方法，首先讀取成像光譜儀獲取的bil格式的高光譜遙感圖像數據和GPS記錄的成像平臺的姿態信息數據；然後將GPS記錄的成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時掃描線對應的經緯度轉換為高斯平面直角坐標；最後進行所有波段圖像校正。本發明利用高精度GPS記錄的成像平臺的姿態信息數據對成像平臺不穩定運動產生的高光譜遙感圖像的幾何畸變進行精校正，通用性強，省時省力；同時，由於本發明需要的成像平臺的姿態信息數據少，計算量小，因此能夠滿足實時校正圖像的需要。
【專利說明】基於GPS的高光譜遙感圖像幾何精校正方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高光譜遙感圖像幾何校正方法，具體是一種對推掃型成像光譜儀獲取 的高光譜遙感圖像進行幾何精校正的方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，在環境監測、地質、農業、醫學和軍事等領域，傳統的全色和彩色圖像已遠 不能滿足人們的需求，各類光譜成像技術獲得了廣泛應用。成像光譜儀使遙感技術步入可 以同時獲取地球表面物質光譜信息和空間分布特徵信息的新階段。成像光譜儀的傳感器探 測到地物或目標對上百個不同波長的反射或者輻射強度，形成由上百個連續的光譜波段組 成的光譜圖像。高光譜遙感圖像被定義為二維空間域和一維頻譜域組成的三維立體數據， 與視頻序列圖像不同的是，高光譜遙感圖像中各譜段圖像在空間域中的位置相同，亦即高 光譜遙感圖像是由相同視場下的不同譜段圖像組成的。
[0003] 儘管高光譜遙感圖像極具潛力，但由於成像平臺的不穩定，導致獲取的高光譜遙 感圖像會產生幾何畸變而無法滿足具體領域的應用。因此，幾何校正是高光譜遙感技術應 用必須解決的問題之一。與衛星遙感傳感器相比，機載成像光譜儀具有成像平臺穩定性差、 飛行高度低等特點，這些因素的結合使得所獲取高光譜遙感圖像的幾何畸變複雜化，幾何 校正的目的就是儘可能消除這些幾何畸變。
[0004] 目前一般使用的遙感圖像幾何校正方法是基於地面控制點的多項式校正方法，該 方法利用足夠數量的地面控制點信息對遙感圖像的幾何畸變過程進行較精確的數學模擬， 建立畸變圖像和校正圖像的函數映射關係，實現畸變圖像的校正投影。但這類方法的校正 精度受控制點選取的影響很大，精度不高，而且需要人為定標並實地測定大量的地面控制 信息，耗時耗力。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基於GPS的高光譜遙感圖像幾何精校 正方法，目的在於克服傳統的多項式校正方法存在的地面控制點信息難以獲取及校正精度 不高的缺點，利用在成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時得到的同步高精度GPS數據（記錄 成像平臺的姿態信息數據），可以在不需要人工幹預的情況下，對獲取的高光譜遙感圖像進 行高精度的幾何校正。
[0006] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案包括以下步驟：
[0007] A.數據導入；
[0008] (Al)讀取成像光譜儀獲取的bil格式的高光譜遙感圖像數據；
[0009] (A2)讀取GPS記錄的成像平臺的姿態信息數據，包括經緯度、俯仰角Ψ、橫滾角 ω、偏航角κ和航高H ;
[0010] (A3)檢查GPS記錄的姿態信息數據的記錄數是否與成像光譜儀獲取高光譜遙感 圖像時的掃描線數一致，如果不一致則對GPS記錄的姿態信息數據進行重採樣處理，使兩 者匹配；
[0011] (A4)將GPS記錄的姿態信息數據中的俯仰角Ψ、橫滾角ω和偏航角K轉換為弧 度單位；
[0012] Β.將GPS記錄的成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時掃描線對應的經緯度轉換為 高斯平面直角坐標；
[0013] (BI)計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描線中心點經緯度向高斯 平面直角坐標轉換時的中間變量，初值取m = 1 ;計算第一個中間變量a = aXB+bXsin( 2B)+c X sin (4B)+dX sin (6B);其中，常係數 a = 6367558. 5, b = -16036. 48, c = 16. 828， d = -0.022, B為GPS記錄的第m條掃描線中心點的緯度，計算第二個中間變量β = 6 399698. 902-21562. 267 X cos2B+108. 973cos4B-0. 612cos6B ;計算第三個中間變量 η = 0.0067385254X C0s2B ;計算第四個中間變量L = L1-Le ;其中，L1 SGPS記錄的第m條掃描 線中心點的經度，L。為GPS記錄的所有掃描線形成的投影帶的中央經度；
[0014] (B2)計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描線中心點在南北方向上 的高斯平面直角坐標
【權利要求】
1. 一種基於GPS的高光譜遙感圖像幾何精校正方法，其特徵在於包括下述步驟： A. 數據導入； (Al)讀取成像光譜儀獲取的Ml格式的高光譜遙感圖像數據； (A2)讀取GPS記錄的成像平臺的姿態信息數據，包括經緯度、俯仰角V、橫滾角《、偏 航角K和航高H ; (A3)檢查GPS記錄的姿態信息數據的記錄數是否與成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像 時的掃描線數一致，如果不一致則對GPS記錄的姿態信息數據進行重採樣處理，使兩者匹 配； (A4)將GPS記錄的姿態信息數據中的俯仰角V、橫滾角《和偏航角K轉換為弧度單 位； B. 將GPS記錄的成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時掃描線對應的經緯度轉換為高斯 平面直角坐標； (BI)計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描線中心點經緯度向高斯平面 直角坐標轉換時的中間變量，初值取m = 1 ;計算第一個中間變量a = aXB+bXsin(2B )+cXsin(4B)+dXsin(6B);其中，常係數 a = 6367558. 5, b = -16036. 48, c = 16. 828， d = -0.022, B為GPS記錄的第m條掃描線中心點的緯度，計算第二個中間變量P = 6 399698. 902-21562. 267 X cos2B+108. 973cos4B-0. 612cos6B ;計算第三個中間變量 n = 0.0067385254X C0s2B ;計算第四個中間變量L = L1-Le ;其中，L1 SGPS記錄的第m條掃描 線中心點的經度，L。為GPS記錄的所有掃描線形成的投影帶的中央經度； (B2)計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描線中心點在南北方向上的高
(B3)計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描線中心點在東西方向上的高
(B4)計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描線的方向角Y = K+3I/2; (B5)計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描線中心點到對應地面掃描線 中心點的距離D = H/cos V，其中，H是GPS記錄的成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m 條掃描線的航1? ; (B6)計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描線第i個像元對應的橫滾角 Coi = co-(N-l) X IFOV/2+iXIFOV，其中，i是每一行左起的像元數，初值取i = I ;N是成 像光譜儀線陣列的探測元數；IFOV是成像光譜儀的瞬時視場角； (B7)計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描線第i個像元到第m條掃描 線中心點的距離Si = DX tan (? J及其在南北和東西方向上的高斯平面直角坐標分量A Xi=Si X cos ( Y )和 A Yi = Si X sin ( Y ); (B8)計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描線第i個像元對應的高斯平 面直角坐標Xi = X+A Xi、Yi = Y+A yp式中，X、Y是成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m 條掃描線中心點在南北和東西方向上的高斯平面直角坐標； (B9)重複（B6)?（B8)，令i加1，計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時第m條掃描 線上所有像元對應的高斯平面直角坐標； (BlO)重複（BI)?（B9)，令m加1，計算成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時所有掃描線 所有像元對應的高斯平面直角坐標； C.圖像校正 (Cl)計算像元解析度G/? = 2*77*tan(/R)F/2)，其中，▽是成像光譜儀獲取高光譜遙 感圖像時所有掃描線的平均航高； (C2)計算校正圖像在南北方向的尺寸xsize= (X max-x min)/GR，其中，X max表示成 像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時所有像元對應的高斯平面直角坐標在南北方向的最大值， X min表示成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時所有像元對應的高斯平面直角坐標在南北方 向的最小值； (C3)計算校正圖像在東西方向的尺寸ysize = (y max-ymin)/GR，其中，y max表示成 像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時所有像元對應的高斯平面直角坐標在東西方向的最大值， y min表示成像光譜儀獲取高光譜遙感圖像時所有像元對應的高斯平面直角坐標在東西方 向的最小值； (C4)計算成像光譜儀獲取的高光譜遙感圖像第一個像元在校正圖像中對應的行數 xindex= (X max_x)/GR，其中，X是第一個像元對應南北方向的高斯平面直角坐標；循環執 行本步驟計算所有像元在校正圖像中對應的行數； (C5)計算成像光譜儀獲取的高光譜遙感圖像第一個像元在校正圖像中對應的列數 yindex= (y-y min)/GR，其中，y是第一個像元對應東西方向的高斯平面直角坐標；循環執 行本步驟計算所有像元在校正圖像中對應的列數； (C6)根據成像光譜儀獲取的高光譜遙感圖像所有像元在校正圖像中對應的行數和列 數，將成像光譜儀獲取的高光譜遙感圖像的第k個波段的所有像元的灰度值賦給校正圖像 對應像元，初值取k = 1 ; (C7)採用最近鄰域插值法消除由於校正前後圖像尺寸不一致造成的校正圖像數據的 像元缺失； (C8)重複（C6)?（C7)，令k加1，完成所有波段圖像校正。
【文檔編號】G06T5/00GK104361563SQ201410620489
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】馮燕, 王麗, 徐超 申請人:西北工業大學