临近空间大倾角遥感图像几何校正方法研究

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随着卫星技术和计算机技术的飞速发展,数字遥感卫星影像已经在各行各业中发挥着越来越大的作用。从遥感影像中提取地球空间信息,需要把遥感影像投影在某一固定的参照系统中并修正原始影像所存在的几何变形,以便进行影像信息的几何量测、相互比较和复合分析。如何将遥感影像精确地投影到规定的参照系统中、准确消除原始影像所存在的几何变形是遥感影像处理和应用的一项关键技术。临近空间,是对海拔20千米到100千米空间范围的一个通用性称谓。长期以来,各国军方大都忽视了临近空间的军事价值,近年来却纷纷开始重视起来,开展了对临近空间的相关技术研究,临近空间大倾角遥感图像几何校正就是其中之一。本文针对临近空间大倾角遥感图像几何校正技术中的难点问题进行了深入研究,提出了分段多项式校正模型,并通过迭代去除错误控制点算法和均匀分布算法优化了SIFT兴趣算子自动选取控制点的过程,实现了全自动几何校正。本文首先研究了产生遥感图像几何失真的原因,总结出六方面的因素:传感器成像方式,传感器外方位元素,地形起伏,地球曲率,大气折光和地球自转,并得出了在临近空间条件下图像分辨率随倾角的变化规律。接下来本文对几何校正模型进行了研究,首先比较了仿射变换校正模型和一般多项式模型,介绍了几何校正的原理和步骤,接着分析了3种重采样算法的优点和不足。最后针对临近空间大倾角失真遥感图像提出了一种分段多项式几何校正方法,取得了理想的校正精度。在几何校正过程中,控制点的自动选取和准确匹配是影响校正精度的关键。本文在最后研究了几何校正过程中控制点选取的方法,并重点研究了控制点自动选取算法。首先分析了控制点数量对校正模型精度的影响,接着比较了Forstner兴趣算子和SIFT兴趣算子,并研究了错误控制点的迭代去除算法和均匀分布算法。通过迭代去除错误控制点对和均匀分布算法,控制点得到了优化,校正精度得到了显著的提高,并将其利用于分段多项式几何校正算法,达到了亚像元的校正精度。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
第1章 绪论第9-17页
    1.1 课题来源及研究的目的和意义第9-10页
    1.2 临近空间概述第10-11页
    1.3 几何校正技术概述第11-12页
    1.4 国内外研究现状及分析第12-16页
        1.4.1 遥感图像几何校正模型的研究现状第12-14页
        1.4.2 基于控制点对的几何校正方法的研究现状第14-16页
    1.5 论文主要研究内容及结构安排第16-17页
第2章 遥感图像几何失真原因及特性分析第17-30页
    2.1 引言第17页
    2.2 传感器成像方式引起的图像变形第17-20页
        2.2.1 全景投影变形第17-18页
        2.2.2 斜距投影变形第18-20页
    2.3 传感器外方位元素变化的影响第20-22页
    2.4 地势起伏引起的像点位移第22-23页
    2.5 地球曲率引起的图像变形第23-24页
    2.6 大气折射引起的图像变形第24-26页
    2.7 地球自转的影响第26-28页
    2.8 不同倾角情况下分辨率变化仿真实验第28-29页
    2.9 本章小结第29-30页
第3章 遥感图像几何校正模型的研究与实现第30-49页
    3.1 引言第30页
    3.2 几何校正模型第30-32页
        3.2.1 仿射变换模型第30-31页
        3.2.2 多项式几何校正模型第31-32页
    3.3 利用已知控制点求解校正模型系数第32-33页
    3.4 两种校正方案第33-34页
    3.5 数字图像灰度值的重采样第34-36页
        3.5.1 最近邻灰度值重采样法第34-35页
        3.5.2 双线性灰度值重采样法第35页
        3.5.3 双三次卷积灰度值重采样法第35-36页
    3.6 分段多项式几何校正模型第36-38页
    3.7 实验结果及分析第38-48页
        3.7.1 仿射变换模型校正实验第40-42页
        3.7.2 多项式校正模型校正实验第42-45页
        3.7.3 三种数字图像灰度值的重采样方法比较实验第45页
        3.7.4 分段多项式校正模型校正实验第45-48页
    3.8 本章小结第48-49页
第4章 控制点选取方法的研究及实现第49-73页
    4.1 引言第49页
    4.2 控制点的自动选取第49-59页
        4.2.1 Forstner 兴趣算子第51-52页
        4.2.2 SIFT 兴趣算子第52-59页
    4.3 错误控制点对的迭代去除算法第59-60页
    4.4 控制点均匀分布算法第60-61页
    4.5 实验结果及分析第61-71页
        4.5.1 不同控制点数量对校正结果的影响分析实验第61-62页
        4.5.2 Forstner 兴趣算子控制点自动选取实验第62-63页
        4.5.3 SIFT 兴趣算子控制点自动选取实验第63-65页
        4.5.4 错误控制点对的迭代去除实验第65-68页
        4.5.5 控制点均匀分布实验第68-71页
        4.5.6 经过控制点优化的分段多项式几何校正模型实验第71页
    4.6 本章小结第71-73页
结论第73-75页
参考文献第75-80页
致谢第80页
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