高分五号卫星全谱段光谱成像仪在轨几何定标方法及精度验证
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高分五 号 卫 星 于 ２０１８ 年 ５ 月 ９ 日 成 功 发 射 升 空，全 谱 段 光 谱 成 像 仪 （ＶＩＭＳ）作 为 其 中 １ 个 对 地 成像载荷，可用于 水 体、生 态 环 境、国 土 资 源 的 综 合 监测，同时全谱段光 谱 成 像 仪 提 供 的 热 红 外 影 像 可
用于热 污 染 排 放 检 测，对 于 环 境 污 染 监 测 意 义 重 大 。 ［１］ 为了确保全 谱 段 影 像 的 有 效 应 用，其 地 面 处 理 （尤 其 是 几 何 处 理 ）至 关 重 要 。 光 学 遥 感 卫 星 的 地 面几何处理流程包 括 ３ 个 环 节：首 先 是 原 始 数 据 的 解 析 ，包 括 星 上 下 传 的 原 始 影 像 数 据 、姿 态 轨 道 数 据
２１０
上 海 航 天 ＡＥＲＯＳＰＡＣＥ ＳＨＡＮＧＨＡＩ
第 ３６ 卷 ２０１９ 年 增 刊
高分五号卫星全谱段光谱成像仪在轨几何定标 方法及精度验证
秦 凯 玲 ，程 宇 峰 ，王 密 ，朱 映
（武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 ４３００７９）
摘 要：高分五号卫星全谱段光谱成像仪（ＶＩＭＳ）覆 盖 了 可 见 近 红 外、短 中 波 红 外 和 长 波 红 外 谱 段，对 生 态 环
个 方 面 进 行 内 外 定 标 参 数 的 解 算 。 结 果 表 明 ：在 无 控 制 点 的 情 况 下 ，影 像 平 面 定 位 精 度 优 于２０ ｍ，内 部 相 对 精 度 优
于 ０．５个像素。
关 键 词 ：高 分 五 号 卫 星 ；全 谱 段 光 谱 成 像 仪 （ＶＩＭＳ）；几 何 定 标 ；几 何 误 差 ；精 度 验 证
第 ３６ 卷 ２０号 卫 星 全 谱 段 光 谱 成 像 仪 在 轨 几 何 定 标 方 法 及 精 度 验 证
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＦ－５ｓａｔｅｌｌｉｔｅ；ｖｉｓｕａｌ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｅｎｓｏｒ （ＶＩＭＳ）；ｏｎ－ｏｒｂｉｔ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ；ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｅｒｒｏｒ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
０ 引言
中 图 分 类 号 ：ＴＮ ９１１．７３；ＴＰ ３９１．９ 文 献 标 志 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１９３２８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００６－１６３０．２０１９．Ｓ．０３２
Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＧＦ－５Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ＶＩＭＳ Ｃａｍｅｒａ
境监测 、国土资源调查等领域具有重要的应用价值。 在 轨 几 何 定 标 作 为 地 面 处 理 系 统 中 不 可 缺 少 的 环 节，对 光 学
卫星遥感影像能否充分发挥其应用潜能影响巨大 。通过采用基于探元指向角的 在 轨 几 何 定 标 模 型，设 计 了 一 套 适
用于全谱段影像的在轨几何定标方案 ，利用高精度的资源三号卫星影像从参考影像 绝 对 定 标 和 波 段 间 相 对 定 标 两
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｅｎｓｏｒ （ＶＩＭＳ）ｃｏｖｅｒｓ ｔｈｅ ｖｉｓｉｂｌｅ ｔｏ ｌｏｎｇ－ｗａｖｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｗａｔｅｒ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｌａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ． Ａｃｃｕｒａｔｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ａ ｐｒｅｒｅｑｕｉｓｉｔｅ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ａｌｓｏ ａｎ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｏｎ－ｏｒｂｉｔ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｅ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＺＹ３ｉｍａｇｅｓ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｒｏｍ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ：ａｂｓｏｌｕｔｅ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂａｎｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔｓ，ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ２０ ｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ０．５ｐｉｘｅｌｓ．
收 稿 日 期 ：２０１９－０３－１５；修 回 日 期 ：２０１９－０７－２９ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （９１８３８３０３，９１６３８３０１） 作 者 简 介 ：秦 凯 玲 （１９９４— ），女 ，硕 士 ，主 要 研 究 方 向 为 遥 感 影 像 几 何 处 理 。 通 信 作 者 ：朱 映 （１９８７— ），女 ，博 士 ，主 要 研 究 方 向 为 高 分 辨 率 光 学 遥 感 影 像 高 精 度 处 理 。
ＱＩＮ Ｋａｉｌｉｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｙｕｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｍｉ，ＺＨＵ Ｙｉｎｇ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ，Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７９，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
用于热 污 染 排 放 检 测，对 于 环 境 污 染 监 测 意 义 重 大 。 ［１］ 为了确保全 谱 段 影 像 的 有 效 应 用，其 地 面 处 理 （尤 其 是 几 何 处 理 ）至 关 重 要 。 光 学 遥 感 卫 星 的 地 面几何处理流程包 括 ３ 个 环 节：首 先 是 原 始 数 据 的 解 析 ，包 括 星 上 下 传 的 原 始 影 像 数 据 、姿 态 轨 道 数 据
２１０
上 海 航 天 ＡＥＲＯＳＰＡＣＥ ＳＨＡＮＧＨＡＩ
第 ３６ 卷 ２０１９ 年 增 刊
高分五号卫星全谱段光谱成像仪在轨几何定标 方法及精度验证
秦 凯 玲 ，程 宇 峰 ，王 密 ，朱 映
（武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 ４３００７９）
摘 要：高分五号卫星全谱段光谱成像仪（ＶＩＭＳ）覆 盖 了 可 见 近 红 外、短 中 波 红 外 和 长 波 红 外 谱 段，对 生 态 环
个 方 面 进 行 内 外 定 标 参 数 的 解 算 。 结 果 表 明 ：在 无 控 制 点 的 情 况 下 ，影 像 平 面 定 位 精 度 优 于２０ ｍ，内 部 相 对 精 度 优
于 ０．５个像素。
关 键 词 ：高 分 五 号 卫 星 ；全 谱 段 光 谱 成 像 仪 （ＶＩＭＳ）；几 何 定 标 ；几 何 误 差 ；精 度 验 证
第 ３６ 卷 ２０号 卫 星 全 谱 段 光 谱 成 像 仪 在 轨 几 何 定 标 方 法 及 精 度 验 证
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＦ－５ｓａｔｅｌｌｉｔｅ；ｖｉｓｕａｌ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｅｎｓｏｒ （ＶＩＭＳ）；ｏｎ－ｏｒｂｉｔ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ；ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｅｒｒｏｒ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
０ 引言
中 图 分 类 号 ：ＴＮ ９１１．７３；ＴＰ ３９１．９ 文 献 标 志 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１９３２８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００６－１６３０．２０１９．Ｓ．０３２
Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＧＦ－５Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ＶＩＭＳ Ｃａｍｅｒａ
境监测 、国土资源调查等领域具有重要的应用价值。 在 轨 几 何 定 标 作 为 地 面 处 理 系 统 中 不 可 缺 少 的 环 节，对 光 学
卫星遥感影像能否充分发挥其应用潜能影响巨大 。通过采用基于探元指向角的 在 轨 几 何 定 标 模 型，设 计 了 一 套 适
用于全谱段影像的在轨几何定标方案 ，利用高精度的资源三号卫星影像从参考影像 绝 对 定 标 和 波 段 间 相 对 定 标 两
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｅｎｓｏｒ （ＶＩＭＳ）ｃｏｖｅｒｓ ｔｈｅ ｖｉｓｉｂｌｅ ｔｏ ｌｏｎｇ－ｗａｖｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｗａｔｅｒ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｌａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ． Ａｃｃｕｒａｔｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ａ ｐｒｅｒｅｑｕｉｓｉｔｅ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ａｌｓｏ ａｎ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｏｎ－ｏｒｂｉｔ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｅ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＺＹ３ｉｍａｇｅｓ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｒｏｍ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ：ａｂｓｏｌｕｔｅ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂａｎｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔｓ，ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ２０ ｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ０．５ｐｉｘｅｌｓ．
收 稿 日 期 ：２０１９－０３－１５；修 回 日 期 ：２０１９－０７－２９ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （９１８３８３０３，９１６３８３０１） 作 者 简 介 ：秦 凯 玲 （１９９４— ），女 ，硕 士 ，主 要 研 究 方 向 为 遥 感 影 像 几 何 处 理 。 通 信 作 者 ：朱 映 （１９８７— ），女 ，博 士 ，主 要 研 究 方 向 为 高 分 辨 率 光 学 遥 感 影 像 高 精 度 处 理 。
ＱＩＮ Ｋａｉｌｉｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｙｕｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｍｉ，ＺＨＵ Ｙｉｎｇ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ，Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７９，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）