CN114252060B - 一种基于航天卫星影像的大场景制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于航天卫星影像的大场景制作方法。采用传统航空数据生产大场景立体模型不仅工作复杂、成像模型拟合精度低且成本高。本发明通过选购合适的卫星影像数据，经空三解算获得卫星影像精密RPC模型；使用精密RPC模型和DSM数字微分纠正出DOM数据；在像对间重叠区内进行卫星立体拼接线编辑；对卫星影像进行无缝镶嵌与匀色匀光处理，生成卫星大场景左影像；引入视差函数，生成卫星大场景右影像；进行立体量测，获得地面结果。本发明首次使用高分卫星影像数据代替传统航空遥感影像的大场景生成技术，降低了外业数据采集成本，为极艰险山区的勘测活动提供了高效的勘测手段。
Description
技术领域
本发明属于勘测测绘技术领域，具体涉及一种基于航天卫星影像的大场景制作方法。
背景技术
使用航空遥感数据进行大场景制作已经在勘察、设计等多个工程领域得到广泛地认可与青睐，成为继传统三维模型后，一种新型立体成像测图量测技术。然而采用传统航空数据生产大场景立体模型的方法，存在原始影像像幅小带来的拼接线编辑工作复杂、成像模型拟合精度低等问题；且传统航空大场景摄影中存在的成本高、工期控制难、外业数据采集时间漫长、内业交互式编辑工作繁重等问题。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种基于航天卫星影像的大场景制作方法，
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于航天卫星影像的大场景制作方法，包括如下步骤：
步骤一：根据任务需求和测区情况，选购合适分辨率的卫星影像数据，使得同轨道或者异轨数据形成的立体像对完全覆盖测区；
步骤二：对卫星影像数据的辐射亮度值进行辐射标定；
步骤三：通过卫星轨道信息、地面控制点、地面地形数据，对原始购置的影像RPC有理函数模型进行约束空三解算，获得卫星影像精密RPC模型；
步骤四：通过步骤三中产生的中间点云形成低分辨率的DSM模型，或者下载测区公开免费地形数据，所述DSM模型需记录地理坐标系或投影坐标信息；
步骤五：根据步骤四、步骤三的结果，使用卫星影像精密RPC模型和DSM数字微分纠正出DOM数据；
步骤六：在生成的DOM数据中，选择低分辨率的纠正结果，依据卫星影像对覆盖，在像对间重叠区内进行卫星立体拼接线编辑；
步骤七：在步骤六的基础上，对卫星影像进行无缝镶嵌与匀色匀光处理，生成卫星大场景左影像；
步骤八：获取基线长度、航高、摄影高度，引入视差函数，生成卫星大场景右影像；
步骤九：将卫星大场景左影像和卫星大场景右影像的同名纹理色彩、色调调整一致；
步骤十：根据视差函数、卫星有理函数模型、DSM信息，反算出卫星大场景右影像的范围和映射关系；
步骤十一：根据卫星大场景左影像和卫星大场景右影像进行立体量测，获得地面结果。
具体地，步骤八中，所述视差函数为：
其中，B为基线长度、H为航高、Z0为摄影高度、Z为DSM对应高度值。
本发明的有益效果：
1)本发明首次使用高分卫星影像数据代替传统航空遥感影像的大场景生成技术，降低了外业数据采集成本和时间成本，为极艰险山区的勘测活动提供了一种新的、高效的勘测手段；
2)本发明不会把航空遥感影像中存在的变形及像素位移的影响带入大场景模型中，因此在同等的地面分辨率的情况下，本发明方法具有精度可靠、误差分布均匀等特点；
3)本发明解决了基于卫星有理函数模型的大场景立体量测的问题，使其大场景立体量测理论更为一般通用性。
附图说明
图1为航天卫星线扫立体大场景作业流程图；
图2为卫星成像示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
如图1所示，本发明包括如下步骤：
步骤一：首先根据任务需求和测区情况进行选购合适分辨率的卫星影像数据，使得同轨道或者异轨数据形成的立体像对完全覆盖测区即可，并且影像质量清晰，有效覆盖区域有候选少云或无云影像对。由于卫星轨道比较规律，如图2所示，卫星轨道有规律的在地球表明运行，在制作大场景时，卫星影像尽量选择都是同轨卫星或者是异轨卫星，保障后续的基线方向大致相同；
步骤二：为了更好的体现卫星影像辐射值的有效性，需要对卫星影像数据的辐射亮度值进行辐射标定，消除因传感器本身、大气、太阳高度角、地形等引起的辐射误差；
步骤三：原始购置的影像RPC有理函数模型精度低不能满足高精度的量测需求，因此还需要通过卫星轨道信息、地面控制点、地面地形数据进行约束空三解算，计算出卫星影像精密RPC模型；
如公式1-3所示，卫星成像方式使用更为一般性的有理函数模型，无法使用严密的空间几何方式推导，因此使用80个系数+10个归一化参数，F描述从像方到地面物方的映射关系，即经度L、纬度B、高程H到像素坐标点(c,r)的映射，为了映射关系的数值稳定性，一般会把映射关系中的因变量和自变量都通过公式2进行归一化，公式1描述了这种映射关系的一般表现形式，因此每一张卫星影像在空三计算的时候需要迭代求取90个未知数。通过地面点控制与连接点的约束，形成方程组公式3，通过超定方程组的迭代求解的方式，求解出精密的RPC模型参数。
步骤四：通过步骤三中产生的中间点云形成低分辨率的DSM模型，或者下载测区公开免费地形数据，此时DSM需要记录地理坐标系或者投影坐标信息，方便后续的空间坐标系的操作；
步骤五：根据步骤四、步骤三的结果，使用卫星影像精密RPC模型和DSM数字微分纠正出DOM数据；可以选择低分辨率的纠正结果用于后续立体拼接线编辑提取；
步骤六：在生成的DOM数据中，选择低分辨率的纠正结果，依据卫星影像对覆盖，在像对间重叠区内进行卫星立体拼接线编辑；
步骤七：在步骤六的基础上，对卫星影像进行无缝镶嵌与匀色匀光处理，生成卫星大场景左影像；在进行影像匀色匀光之前，需要解决卫星影像非8bit的问题，可以采用非线性映射的方式，把卫星影像映射为通用的8bit影像格式；
步骤八：获取基线长度、航高、摄影高度，引入视差函数，生成卫星大场景右影像；视差函数为：
其中，B为基线长度、H为航高、Z0为摄影高度、Z为DSM对应高度值；卫星影像对的基线长度可以从卫星轨道参数中获取，或者对于正射的卫星影像直接采用影像中心地理位置间的距离即可；摄影高度同样可以查看卫星的轨道高度参数，或者给一个低轨卫星平均高度即可。
步骤九：将卫星大场景左影像和卫星大场景右影像的同名纹理色彩、色调调整一致，有利于后期立体成像结果；
步骤十：根据视差函数、卫星有理函数模型、DSM信息，反算出卫星大场景右影像的范围和映射关系；
步骤十一：根据卫星大场景左影像和卫星大场景右影像进行立体量测，获得地面结果；立体量测公式如公式5所示，此时地面结果为经纬度地理坐标系，可以通过人工设定方式进行投影变换到地表投影坐标系中，方便工程直接应用。
实施例：
如某测试区域100公里范围，如使用卫星影像数据只需要几十张影像即可，而如果是使用航空摄影的方式，则需要上万张的原始影像数据，另外考虑空域飞行条件与空域申请、航空摄影设备等，使用航天卫星影像的立体大场景生成方法，具有无可比拟的成本优势。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (1)
1.一种基于航天卫星影像的大场景制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：根据任务需求和测区情况，选购合适分辨率的卫星影像数据，使得同轨道或者异轨数据形成的立体像对完全覆盖测区；
步骤二：对卫星影像数据的辐射亮度值进行辐射标定；
步骤三：通过卫星轨道信息、地面控制点、地面地形数据，对原始购置的影像RPC有理函数模型进行约束空三解算，获得卫星影像精密RPC模型；
步骤四：通过步骤三中产生的中间点云形成低分辨率的DSM模型，或者下载测区公开免费地形数据，所述DSM模型需记录地理坐标系或投影坐标信息；
步骤五：根据步骤四、步骤三的结果，使用卫星影像精密RPC模型和DSM数字微分纠正出DOM数据；
步骤六：在生成的DOM数据中，选择低分辨率的纠正结果，依据卫星影像对覆盖，在像对间重叠区内进行卫星立体拼接线编辑；
步骤七：在步骤六的基础上，对卫星影像进行无缝镶嵌与匀色匀光处理，生成卫星大场景左影像；
步骤八：获取基线长度、航高、摄影高度，引入视差函数，生成卫星大场景右影像；
步骤九：将卫星大场景左影像和卫星大场景右影像的同名纹理色彩、色调调整一致；
步骤十：根据视差函数、卫星有理函数模型、DSM信息，反算出卫星大场景右影像的范围和映射关系；
步骤十一：根据卫星大场景左影像和卫星大场景右影像进行立体量测，获得地面结果；
步骤八中，所述视差函数为：
其中，B为基线长度、H为航高、Z0为摄影高度、Z为DSM对应高度值。
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