卫星影像的正射校正方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种卫星影像的正射校正方法和系统。
【背景技术】
[0002] 高分一号卫星（简称GF-1卫星）于2013年4月在酒泉卫星发射中心发射升空。 卫星运行于太阳同步回归轨道，轨道高度645km，搭载两台2米分辨率全色/8米分辨率多 光谱相机（简称PMS，组合幅宽60km)，四台16米分辨率多光谱相机（简称WFV，组合幅宽 800km)，其中WFV影像实现四天的覆盖周期。其中，GF-1LV1A影像产品具备详细的辐射定 标系数、光谱响应参数、有理多项式系数，以其良好的时空分辨率特性在农情资源与灾害监 测等领域具有广泛的应用前景。GF-1LV1A卫星影像产品不具备空间参考，且幅宽较大，其 几何畸变随着像元位置与星下点距离增大而逐渐严重，同时考虑到影像更新快速、数据量 大等特征，如何快速执行正射校正，改正地形起伏和传感器误差引起的卫星影像几何畸变， 成为GF-1LV1A数据处理的基础性工作之一。
[0003] 正射校正模型通常分为传感器物理模型（即严格成像模型）和通用传感器模型 (包括RPC模型，格网插值模型，通用实时传感器模型）两类。其中传感器物理模型以传统摄 影测量中的共线条件方程为代表，综合考虑传感器成像时引起几何畸变的地形起伏、大气 折射、相机透镜畸变及传感器平台的位置、姿态变化等因素，建立像方和物方的数学关系， 成像理论严密，定位精度较高，但解算复杂，且因为某些商业原因传感器的核心信息和卫星 轨道参数并未公开而难以广泛适用。通用传感器模型是一种依赖于传感器物理模型或地面 控制点建立的独立于不同传感器的通用数学模型，直接采用数学函数形式描述地面点物方 坐标和相应像方坐标间的几何关系，其中发展最快、应用最广和最具代表性的便是有理函 数模型（rationalpolynomialcoefficient，RPC)。国内外许多学者采用RPC模型进行了 SP0T-5卫星、QuickBird卫星、IK0N0S卫星等高分辨率卫星影像的正射校正实验，得到了较 高精度的实验结果。在此基础上，有学者对比了多种形式下的RPC模型参数求解精度，证明 了RPC模型对SAR卫星传感器成像几何拟合的一致性；还有学者提出了 "地形相关"和"地 形无关"的RPC模型参数求解方式，研究了用最小二乘方法求解RPC模型参数的算法；相关 的研究还包括RPC模型精度与误差补偿，控制点动态提取，基于GPU(通用计算编程模型） 提尚fe正效率等等。
[0004] 现有技术的RPC模型正射变换方法虽然能在校正精度上满足实际应用的需求，但 在应用过程中需要反复的文件读、写过程，中间文件的读写过程往往会消耗一定的计算时 间，这无疑降低了数据处理效率，所以提供一种快速的卫星影像的正射校正方法具有深远 的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是如何提高卫星影像的正射校正效率。
[0006] 为此目的，本发明提出了一种卫星影像的正射校正方法，包括：
[0007] SI:在地理坐标系下划定正射校正变换范围；获取所述变换范围内的数字高程模 型数据，将所述数字高程模型数据转换到所述地理坐标系下；
[0008] S2 :获取待校正卫星影像的有理函数系数，根据所述有理函数系数建立有理函数 模型，通过所述有理函数模型正变换估算所述待校正卫星影像的顶点像元物方坐标；
[0009] S3 :根据所述待校正卫星影像的顶点像元物方坐标，提取与所述待校正卫星影像 对应的所述转换到地理坐标系下的数字高程模型数据；
[0010] S4:将与所述待校正卫星影像对应的所述数字高程模型数据通过有理函数模型正 变换，重新计算所述待校正卫星影像的顶点像元物方坐标，从中提取物方坐标的最大值与 最小值；
[0011]S5:根据投影变换关系，计算所述物方坐标的最大值与最小值对应的目标平面坐 标；
[0012] S6 :根据所述物方坐标最大值与最小值对应的目标平面坐标与所述待校正卫星影 像的像元空间分辨率，建立所述目标平面坐标系与所述待校正卫星影像的像方坐标系之间 的对应关系。
[0013] 优选的，所述步骤S1还包括：
[0014] 在所述变换范围内建立地理格网，基于所述地理格网对所述数字高程模型数据 执行重采样、裁剪、镶嵌，将所述数字高程模型数据分成若干分块栅格文件，使所述地理格 网的每个网格对应唯一的一个分块栅格文件。
[0015] 优选的，所述步骤S3包括：
[0016] 将所述顶点像元物方坐标的最大值增加0. 0Γ，将所述顶点像元物方坐标的最小 值减小0. 0Γ，作为提取所述数字高程模型数据的边界范围，并根据所述边界范围建立高 程二维数组，建立所述高程二维数组的数组元素与所述数字高程模型数据的对应关系，将 所述数字高程模型数据赋值到数组。
[0017] 优选的，所述高程二维数组为[Xls，yls]:
[0018] xls= [((lonmax+0. 01) -(lonmin-0. 01))/0. 00025]+1
[0019] yls= [((lat_+0· 01)-(lat_-0. 01))/0. 00025]+1
[0020] 其中，" □"为向下取整符号，（l〇n_，lat_)为顶点像元物方坐标的最大值， (lonmin，latmin)为顶点像元物方坐标的最小值。
[0021] 优选的，所述步骤S5还包括建立地理坐标系与目标平面坐标系之间的投影变换 关系，具体包括如下步骤：
[0022] 在所述目标平面坐标系下针对数据处理区域建立格网；
[0023] 取所述格网的至少三个顶点的坐标；
[0024] 计算所述三个顶点的坐标在地理坐标系下的同名点坐标；
[0025] 根据所述三个顶点的坐标以及相应的同名点坐标，计算变换系数；
[0026] 根据所述变换系数建立投影逆变换线性方程组；
[0027] 优选的，所述投影逆变换线性方程组为：
[0028]
[0029] B = Ba+ Θ y (y-ya)+θ χ (x-xa)
[0030] 其中，（B，L)，（x，y)为待投影要素分别在地理坐标系与目标平面坐标系下的坐标； @x，0x，0￥分别为不同的变换系数，所述变换系数的计算公式为：
[0031]
[0032] θx=(Bb-Ba) / (xb-xa) ；Θy=(Βd-Ba) / (yd-ya)；
[0033] 其中，取所述至少三个顶点的坐标A(xa，ya)、B(xb，yb)、D(xd，yd),且xa=xd，ya= yb，所述顶点坐标A(xa，ya)、B(xb，yb)、D(xd，yd)在地理坐标系下的同名点坐标为A'（Ba，La)， B'（Bb，Lb)，D，（Bd，Ld)。
[0034] 优选的，所述步骤S6具体包括：
[0035] 根据所述物方坐标最大值与最小值对应的目标平面坐标与所述待校正卫星影像 的像元空间分辨率建立校正结果图像二维数组，每个所述校正结果图像二维数组对应所述 待校正卫星影像的一个光谱波段；
[0036] 针对所述校正结果图像二维数组逐元素提取元素中心点的目标平面坐标；
[0037] 根据所述投影变换关系，计算所述中心点的目标平面坐标对应的地理坐标系下的 物方坐标，并从所述数字高程模型数据中提取所述物方坐标位置的高程值，通过所述有理 函数模型计算所述物方坐标对应的待校正卫星影像的像方坐标。
[0038] 优选的，在步骤S6之后还包括：
[0039] 提取与所述像方坐标相邻的若干像元值；
[0040] 通过双线性内插计算所述像方坐标对应的物方坐标的像元值；
[0041] 将所述像元值作为对应的所述校准结果图像二维数组的数组元素；
[0042] 在目标平面坐标系下，根据所述校准结果图像二维数组创建多光谱栅格文件。
[0043] 另一方面，本发明还提供了一种卫星影像的正射校正系统，包括：
[0044] 重组单元，用于在地理坐标系下划定正射校正变换范围；获取所述变换范围内的 数字高程模型数据，将所述数字高程模型数据转换到所述地理坐标系下；
[0045] 估算单元，用于获取待校正卫星影像的有理函数系数，根据