[发明专利]一种提高地球同步轨道卫星对地观测影像几何校正精度的方法

说明书

本发明涉及一种提高地球同步轨道卫星对地观测影像几何校正精度的方法，包括：根据地球同步轨道卫星的轨道数据预先计算出逐像素中心位置的经度和纬度，并存储于栅格数据文件中；将高分辨率数字高程数据作为几何精校正基准数据，在地球同步轨道卫星扫描区域内，沿海岸线生成高密度的地标点；通过开源科学计算库读取地球同步轨道卫星原始遥感影像数据，并输出为地理空间数据GeoTIFF格式；根据开源科学计算库将所获取的栅格数据文件信息和相关地理投影信息，以地理空间元数据的方式更新到存储有卫星影像的GeoTIFF文件中；通过地理空间数据作为遥感影像重投影的基本信息，完成地球同步轨道卫星遥感影像的几何校正。

技术领域

本发明涉及卫星对地观测影像处理领域或数据分析，尤其涉及一种提高地球同步轨道卫星对地观测影像几何校正精度的方法。

背景技术

地球同步轨道卫星(Geosynchronous Satellite)，又称地球静止卫星，是运行周期与地球自转周期相同的人造地球卫星。与通常用于对地观测的太阳同步轨道卫星不同，地球同步轨道卫星每天相同时刻经过地球上相同地点上空。对于地面观测者而言，地球同步轨道卫星位置相对静止，总是位于相同天顶角和方位角方向上。

卫星对地观测所采集的影像称为遥感影像。无论是太阳同步轨道卫星还是地球同步轨道卫星所采集的遥感影像都存在一定程度的几何形变，包括系统性和非系统性几何形变两类。系统性几何形变来自于卫星传感器本身，可以使用特定传感器建立的数学模型进行校正；非系统性几何形变不确定性较大，来源也比较复杂。卫星飞行瞬时姿态的变化可导致遥感影像的几何形变，地球曲率及空气折射和地形变化等也可形成遥感影像像素的不规则位移，形成几何形变。地球同步轨道卫星的高度通常为35,786公里，上述任何因素的细微变化都可能导致遥感影像产生较大不规则几何形变，使地球同步轨道卫星所采集遥感影像的像素空间位置偏移数百米乃至千米之多。几何校正，就是通过特定算法，建立复杂数学模型，消除遥感影像系统性和非系统性几何形变的过程。

商用遥感影像处理软件一般都提供仿射变换(Affine transform)、多项式(Polynomial)、局部三角网(Delaunay Triangulation)等三种常用几何校正模块，供用户在图形界面下通过地面控制点(Ground Control Point，GCP)方式完成卫星影像的几何校正。

(1)仿射变换是一种笛卡尔坐标系内的二维坐标线性变换，在几何变换过程中遥感影像像素间的相对位置保持不变，影像整体保持了的“平直性”和“平行性”。其齐次坐标矩阵表示形式为：

(2)多项式变换则是通过选择一个二次或高次多项式近似描述遥感影像校正前后对应像素的坐标关系，利用控制点的特定地图投影坐标和参考坐标系中的坐标，采用最小二乘法原理求解出多项式的系数，再以确定系数的多项式对遥感影像进行几何校正。常用的多元齐次多项式模型可表示为：

(3)局部三角网几何校正法是采用局部三角网将遥感影像空间划分成若干区块，对各块使用不同校正函数。首先依据遥感影像的地貌复杂程度和GCP点的空间分布决定影像区块的大小；然后选择部分GCP点构成局部三角形，每个三角形的顶点都是控制点；在建立每个三角形顶点几何校正前后坐标之间的函数关系后，对三角形所包含区域的影像像素进行局部校正；最后，对影像中所有局部三角形区域进行几何校正。

上述三种方法的优点在于可控性强，只要用户提供的GCP几何精度足够高、控制点数量足够多，就可以将通过平移或橡皮拉伸的方式，逐像素重采样完成遥感影像的几何校正；缺点在于上述过程需要大量用户交互操作，耗时，人力成本较高，且容易引进人为误差，难以用于海量卫星影像数据处理。