高分卫星成像模型讲解

像点在本体坐标系下的坐标
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2.2光学卫星影像的共线方程
SPOT-5 HRS影像严格成像模型

卫星本体坐标系与轨道坐标系之间的变换

轨道坐标系与WGS-84坐标系之间的变换
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2.2光学卫星影像的共线方程
SPOT-5 HRS影像严格成像模型
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2.2光学卫星影像的共线方程
资源三号卫星三线阵CCD影像严格成像模型 扫描行成像时刻的确定
K-1 K K+1 K+2
K 2 t tk P(t j ) P(ti ) i K 1 k K 1 ti tk k i
K 2

P
定向片内插模型示意图
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2.2光学卫星影像的共线方程
SPOT-5 HRS影像严格成像模型

扫描行成像时刻的确定
天绘一号卫星三线阵CCD影像严格成像模型
由精密定轨数据确定； 为下视相机相对于CGCS2000坐标系的旋转角构成的旋转矩阵，由精密定 姿数据确定； 为前视相机、后视相机相对于下视相机的夹角所构成的旋转矩阵； 为CCD在焦平面的旋转角所构成的旋转矩阵； 为在CCD线阵上探元在 方向的偏移误差，实验室共标定了线阵上30个探元 的偏移误差； 为像点在像空间坐标系下的坐标，以 轴为飞行方向；

像点在本体坐标系下的坐标

卫星本体坐标系与J2000坐标系之间的变换
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2.2光学卫星影像的共线方程
资源三号卫星三线阵CCD影像严格成像模型

J2000坐标系与WGS-84坐标系之间的变换

为极移矩阵， 为地球自转矩阵， 为岁差章动矩阵。 资源三号卫星三线阵CCD影像的严格成像模型
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2.2光学卫星影像的共线方程
l1 X l2Y l3 Z l4 x l X l Y l Z 1 9 10 11 y l5 X l6Y l7 Z l8 l xy 12 l9 X l10Y l11Z 1
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3.3 RFM模型

研究表明，在RPC模型中，光学投影系统产生的误差用有理 多项式中的一次项来表示，地球曲率、大气折射和镜头畸变 等产生的误差能很好的用有理多项式中二次项来模型化，其 他一些未知的具有高阶分量的误差如相机震动等，用有理多 项式中的三次项来表示 25
传感器 光谱范围/ 地面分辨率/m 焦距/mm 量化比特数/bit 视场角/° 像元尺寸/ 三线阵CCD相机 0.5~0.8 下视2.1 前后视3.5 1700 10 6 下视24576(8192 3) 7 前后视16384(4096 4) 10
5
前视、后视与下视夹角/°
一、典型高分辨率遥感卫星

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2.3仿射变换模型
视场角 不超过6度
中心投影
平行投影
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2.3仿射变换模型
z S
x,y f

mH / f
图像平面 H
y
pa ( y a )
p( yc )
t
f

地面
Z m
O
Pg
图1 模型缩小
图2 投影转换
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2.3仿射变换模型
' ' ' ' mx a0 a1 X a2Y a3 Z Z f m cos y b' b' X b ' Y b ' Z m 0 1 2 3 f y tan
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
天绘一号卫星数据
天绘一号卫星是我国第一颗传输型立体测绘遥感卫星，于2010年 8月24日成功发射入轨，标称轨道高度为500km，回归周期58天，其 搭载的光学成像传感器包括高分辨率相机、三线阵和4个小面阵混合 配置的LMCCD相机以及4个波段的多光谱相机，可以获取2m分辨率 的全色影像、5m分辨率的三线阵CCD立体影像以及10m分辨率的多 光谱影像。
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二、高分辨率卫星遥感影像 严格成像模型
2.1光学卫星成像几何
高分辨率遥感卫星成像传感器多为线阵CCD传感器；
成像方式：行中心投影与列平行投影结合；每一扫描行外方位元 素随成像时刻的不同而变化，求解每一时刻的外方位元素不太现实， 需要对成像时刻的外方位元素用数学模型进行合理的内插，同时可 以减少未知数的个数，使求解成为可能。
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三、高分辨率卫星遥感影像 通用成像模型

3.1 一般多项式模型
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3.2直接线性变换模型
l1 X l2Y l3 Z l4 x l X l Y l Z 1 9 10 11 y l5 X l6Y l7 Z l8 l9 X l10Y l11Z 1
1999年9月24日 2001年10月18 日 2002年5月4日 2007年9月19日 2012年1月9日
地面分辨率 1m 0.61m 2.5m 2.36m 2.1m
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一、典型高分辨率遥感卫星

SPOT-5 HRS数据
传感器 焦距/mm 像元尺寸/ 视场角/° 地面分辨率/m 前视、后视与下视夹角/° HRS 580 12000 6.5 5（沿轨） 10（垂轨）
多项式拟合 地面控制点
高
一般多项式 通用成像 模型 直接线性变换 有理函数
低 较高 一定条件下 可替代严格 模型
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将线阵推扫影像 地面控制点 等同于框幅影像 数学拟合逼近 严格模型 或控制点
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有理函数模型的特点


良好的内插性能 独立于遥感传感器 独立于坐标参考系 形式简单；保密性好；无须影像预处理， 便于实时处理 过度参数化；更新困难
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模型类型
模型名称
理论基础
构建条件
定位精度
共线方程 严格成像 模型 仿射变换
共线条件
传感器信息
最高
小视场角条件下 中心投影近似于 地面控制点 平行投影
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坐标系
Z2
X2 O2 Y2 卫星运动方向
轨道坐标系
轨 道 坐 标 系 地心直 角坐标 系
象素观 测方向
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2.2光学卫星影像的共线方程
X X s Y Ys ＝mRGF RFB RBS Z Zs CIS
卫 星
xk 0 c
SPOT-5卫星：2002年5月4日发射，轨道高度822km；HRS传感器配有前视和 后视2套光学成像系统，共用一个全色波段的线阵CCD传感器。
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一、典型高分辨率遥感卫星

资源三号卫星数据
资源三号卫星是我国第一颗民用三线阵立体测图卫星，于2012年 1月9日成功发射，轨道高度约500km，轨道倾角约97.5度，卫星共搭 载了4台光学相机，包括前后视分辨率为3.5m、下视分辨率为2.1m的 三线阵测绘相机和分辨率为5.8m的多光谱相机。
地面点
地心
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2.2光学卫星影像的共线方程
一般多项式模型
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2.2光学卫星影像的共线方程

定向片内插模型
定向片法平差一般采用 Lagrange多项式进行外方位元素内插。在图 j p N 成像于扫描行 K K 1 和 中，假设地面点 P 的下视像点 ，其位于定向片 j 扫描行的外方位元素可 之间，如果采用三次Lagrange多项式内插，则第 利用相邻4个定向片 和 的外方位元素内插得到， K 1 K 、 K 、 1 K 2 pF pN pB 即：
高分辨率卫星遥感图像的 成像模型
李劲澎
内容

一、典型高分辨率遥感卫星 二、高分辨率卫星遥感图像严格成像模型 三、高分辨率卫星遥感图像通用成像模型
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一、典型高分辨率遥感卫星
卫星名称 IKONOS QuickBird SPOT-5 CBERS-02B 资源三号 所属国家 美国 美国 法国 中国与巴西 中国 发射时间
扩展DLT 自检校DLT
l1 X l2Y l3 Z l4 2 x l x 12 l9 X l10Y l11Z 1 y l5 X l6Y l7 Z l8 l xy 13 l X l Y l Z 1 9 10 11
P P 1 2 4
1
P2 P4 1
地形无关方案

步骤如下： 1.生成虚拟控制格网； 2.生成检查点格网； 3.用控制格网点解算 有理多项式系数； 4.利用检查点进行精 度评定。
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地形相关方案

求解过程与地形无关方案 的过程一致，区别在于要 用实测地面控制点取代虚 拟的控制格网点。 依赖于控制点的数量、分 布以及实际的地形起伏
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二、外方位元素建模及数据说明
2.1光学卫星成像几何
Ok O1
c c
轨道运行方向
On
c
on Pn
pn
xn
扫描线方向
o1
ok pk xk
ln
p1
lk x1
l1
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坐标系
图像坐标系
X1
卫星运动方向 Y1 Z1
传感器坐标系
影像获取系统 column CCD 阵列
01
本体坐标系
Y <0
X >0
象素观测 方向
有理函数模型的9种形式
多项式阶数 分母 有理多项式 系数个数 所需的最少 控制点数
P P 2 4
78 59
40 38 29 20 14 11 8
39 30
20 19 15 10 7 6 4
26
3
P P 1 2 4
P2 P4 1 P P 2 4
P P 1 2 4
2
P2 P4 1 P P 2 4