基于严格成像模型的高分辨率卫星影像几何校正方法研究.docx

基于严格成像模型的高分辨率卫星影像几何校正方法研究
摘要：
高分辨率卫星影像几何校正作为影像处理中的重要环节，对于提高影像的几何精度、促进研究和应用具有重要意义。本文基于严格成像模型，结合相关技术，研究了高分辨率卫星影像的几何校正方法。其中，对于影像坐标系与真实地理坐标系的关系建立，采用了基于成像原理的多项式拟合方法，对影像进行了去畸变和几何校正，并对结果进行了评估。实验结果表明，本文提出的几何校正方法可以显著地提高高分辨率卫星影像的几何精度，特别是对于极化较强、杂波较大的影像效果更加明显。
关键词：高分辨率卫星影像；几何校正；严格成像模型；多项式拟合；影像精度
1.引言
近年来，随着卫星遥感技术的不断发展，高分辨率卫星影像在地学、环境、城市规划等领域得到了广泛应用。然而，由于卫星拍摄时的各种干扰、噪声等因素，高分辨率卫星影像存在着一定的几何误差，如景物畸变、三维立体效果不佳等。因此，影像几何校正作为影像处理中的重要环节，对于提高影像的几何精度、促进研究和应用具有重要意义。
目前，国内外学者针对高分辨率卫星影像的几何校正方法进行了广泛的研究。其中，严格成像模型作为处理高分辨率卫星影像的基础，因其可提供较为精确、可靠的影像坐标系与真实地理坐标系的转换关系而被广泛应用。同时，多项式拟合方法作为一种较为完整的变形模型，可以在不需掌握高阶微积分和复杂数学知识的情况下进行影像几何校正。
基于以上考虑，本文旨在通过采用严格成像模型和多项式拟合方法，研究高分辨率卫星影像的几何校正方法，并通过实验验证其有效性和可行性。本文结构如下：第二部分为严格成像模型及多项式拟合方法的理论基础介绍；第三部分为高分辨率卫星影像的几何校正方法及实现步骤；第四部分为实验结果及对比分析；第五部分为总结与展望。
2.严格成像模型及多项式拟合方法
2.1严格成像模型
严格成像模型是描述卫星拍摄高分辨率卫星影像的观测过程的数学模型，其主要包括物方、像方、成像过程、成像参数等四个要素。其中，物方是指影像拍摄的地理位置和高度，像方是指影像内像素坐标系，成像过程是指影像的获取过程，成像参数包括光学系统的各种参数、影像采样率、相机距离等。
使用严格成像模型可以实现真实世界坐标系和影像坐标系之间的精准转换，从而进行高分辨率卫星影像的几何校正工作。
2.2多项式拟合方法
多项式拟合方法是使用代数函数进行从低阶到高阶的逐次逼近实现影像几何校正的一种方法。它通过将影像的畸变误差进行最小二乘拟合，实现像素坐标系到地理坐标系的转换。多项式拟合方法的核心思想是先建立畸变模型，然后在此基础上进行归一化坐标系的转换。目前，多项式拟合方法常见的模型有二次多项式拟合、三次多项式拟合和四次多项式拟合等，其中，四次多项式拟合精度较高，应用较为广泛。
3.高分辨率卫星影像的几何校正方法及实现步骤
3.1影像畸变校正
影像畸变主要包括径向畸变、切向畸变和景深畸变等，其中径向畸变最为常见。使用多项式拟合方法可以实现去畸变。具体步骤如下：
（1）读入原始高分辨率卫星影像，并理清畸变的表现形式。
（2）确定畸变模型，然后对有限个空间点坐标采用多项式拟合方法进行优化，确定畸变参数，即逐次逼近求解图像平面X、Y两方向上的畸变系数。
（3）确定每幅影像的畸变校正模型。
（4）进行影像畸变校正。
3.2影像几何校正
在影像畸变校正基础上，对影像进行几何校正。具体步骤如下：
（1）确定影像的外方位元素（即影像拍摄的部位、方位角、姿态、相机距离等）。
（2）确定影像内方位元素（即像平面坐标系和相机的距离、相机的视点大小、相机的畸变参数等）。
（3）确定影像的地理坐标系。
（4）进行影像几何校正。
4.实验结果及对比分析
本文对高分辨率卫星影像进行了实验验证，并对结果进行了评价。分别统计了使用本文提出的方法和传统方法进行影像几何校正的误差值，计算其平均误差和标准差。实验结果表明，在大部分情况下，本文提出的方法具有更高的精度和更稳定的校正效果，特别是对于极化强、杂波大的影像效果更加显著。
5.总结与展望
本文基于严格成像模型和多项式拟合方法，研究了高分辨率卫星影像的几何校正方法。实验结果表明，本文提出的方法可以显著地提高高分辨率卫星影像的几何精度，对于极化强、杂波大的影像效果更加显著。未来，我们将进一步优化研究方法，探索更为高效、精确的影像几何校正方法，为高分辨率卫星影像的应用和发展提供更好的技术支持。