基于几何模型的lasis波段影像配准方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于摄影测量与遥感的影像处理领域，设及一种基于严密成像几何模型W 及平行观测法消除颤振的LASIS波段影像配准方法及系统。
【背景技术】
[0002] 大孔径静态干设成像光谱仪(LASIS)是基于推扫的傅里叶变换型成像光谱仪，该 类型光谱仪具有稳定性高，结构紧凑等特点，在轨运行性能较好。LASIS型干设仪光谱性能 依赖于不同波段影像间的配准精度，然而由于其时空联合调制的特点，成像过程中，同一地 物在不同波段影像成像时刻不一致，一旦卫星平台产生扰动，将对不同波段影像像元位置 产生不同影响。而姿态抖动现象是卫星运行过程中的常见现象，因此，如何消除由于姿态抖 动W及光学崎变等因素导致的不同波段影像中的各异性误差，从而实现干设序列的精确配 准是本发明研究的重点。
[0003] LASIS高光谱影像具有时空联合调制、星上结构稳定、地面处理复杂、波段众多等 特点。传统的高光谱干设序列提取技术，是针对两两波段，使用相位相关算法或者大型平差 矩阵等方法等纠正像元位置，实现像素间配准，运样获取的干设序列会由于LASIS波段较多 存在累积误差而导致整体序列质量下降，同时LASIS影像波段众多，两两配准效率较低。
[0004] 国内外学者为了实现LASIS干设图的精确获取做了大量研究，主要从S个方面进 行了努力:一是配准算法的完善，例如= CASTRO等提出了基于亚像素精度的相位配准算法进 行配准;李湘滨等分析姿态角随机变化造成的像面崎变规律，提出用相位相关等算法校正 配准影像，从而校正LASIS影像旋转和偏移；曾琪明和叶況蠢等分别提出了基于谱相似和局 部自相似的影像配准方法;二是在配准算法的基础上，利用平差方法求解像元精确位置，例 如:Geng zhang提出了通过亚像素配准算法获取多波段影像配准点，建立大规模误差方程 求解像点的最或是值作为像元最优位置解;S是从成像链路方面分析LASIS影像的误差源， 并讨论影响LASIS配准的几何原因。例如化nn Ferrec等系统地分析了降低LASIS光谱成像 质量的因子，并指出姿态颤振将直接影响干设图的质量，但是并未给出具体的解决方案。
【发明内容】
[0005] 针对现有LASIS干设序列配准方法存在的缺点，本发明的目的是为了提供一种能 够整体配准LASIS干设序列的亚像素级配准技术方案。
[0006] 本发明技术方案提供一种基于几何模型的LASIS波段影像配准方法，包括W下步 骤，
[0007] 步骤a,将LASIS面阵探测器等效为多线阵探测器，建立多线阵推扫成像模型，所述 多线阵推扫成像模型中的每条垂轨向CCD模型符合单线阵推扫模型，线阵之间无缝排列，每 个线阵成像对应LASIS-个单波段影像，其中各个波段P的严密成像模型如下， (I)
[0009] 式中，[X Y Z]T为像点对应的地面点的WGS84空间直角坐标系的坐标值，m为比例 系数，[XsYsZs^为成像时卫星在WGS84坐标系下的位置矢量，Rbw为本体坐标系相对WGS84坐 标系的旋转矩阵，Rgb为相机坐标系相对本体坐标系的旋转矩阵，Ru代表偏置矩阵，（恥)p, (4y)P分别为第P行CCD任一探元对应的沿轨向指向角和垂轨向指向角，计算如下，
(2)
[0011]式中，（X,y)为像点影像坐标、（xo，yo，f)表示内方位元素，（Ax, Ay)为相机崎变引 起的像点偏移；
[0012]步骤b，根据控制数据进行相机标定，包括利用化rris算法提取基准波段影像角 点，求解物方信息；利用最小二乘配准算法在非基准波段影像获取同名点作为对应的像方 信息，基于相应波段的严密成像模型利用同名点求解指向角，并把指向角和对应的垂轨向 坐标S代入如下公式，利用最小二乘计算拟合的系数at，bt，0 < t < 5， tan.('於' )=幻6 + '幻 1五 + + 汉+ 幻4文4 + 口5文5
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[0014] 对姿轨模型进行平滑，并按照平滑后的姿轨模型对全部波段影像重采样，从而实 现影像成像范围的一致性；
[0015] 步骤C，利用不同波段影像重叠区域构建平行观测值，利用两个波段的平行观测量 检测平台颤振，并根据利用检测到的颤振特征补偿其他波段颤振造成的像素偏移，获取精 确像点坐标和对应的控制点坐标;实现方式如下，
[0016] 设基准波段的颤振模型为 (4 = % + 公。(' A' Sin(田/ + 界J J、
[0017] { 打。 、( \ (4) 5-=左r + !；,-_0 度y Sinkv + 朽')
[0018] 其中，Vx、Vy分别代表沿轨向像差与垂轨像像差在沿轨向的投影;Ex、ey代表沿轨向 像差与垂轨向像差中的随机成分；(? ST, 代表某个沿轨向颤振分量的振幅，频率和 相位；（Bj COj扣)代表某个垂轨向颤振分量的振幅，频率和相位;i代表某个沿轨向颤振成 分的序号J代表某个垂轨向颤振成分的序号，m代表沿轨向颤振成分的个数，n代表垂轨向 颤振成分的个数；
[0019] 构建基准波段影像的平行观测量，其他波段的颤振模型为 二泛、.+-yw 语in:妨,.玄 + m.
[0020] :台r . \ \ (日） 一吃=+Sy=O 巧,'Sin(份/ +?/0)
[0021] 其中，咬、分别代表沿轨向像差与垂轨像像差在沿轨向的投影；si、S;代表沿 轨向像差与垂轨向像差中的随机成分；^. GT;. ^^,)代表某个沿轨向颤振分量的振幅，频 率和相位；代表某个垂轨向颤振分量的振幅，频率和相位；i代表某个沿轨向 颤振成分的序号，j代表某个沿轨向颤振成分的序号，m代表沿轨向颤振成分的个数，n代表 垂轨向颤振成分的个数；
[0022] 得到两波段同名点配准残差中颤振影响对应的公式如下，
[0024] 其中，A Vx、A Vy代表某一波段与基准波段配准残差的沿轨向坐标和垂轨向坐标；
[0025] 设为存在W下等价条件，
[0029] 利用焦面排列特点和成像模型根据波段成像时间差，改变参量t，得到其他波段与 参考波段由于颤振造成的像差量；
[0030] 步骤d，利用步骤C所得结果重新计算控制点对应的姿态信息，即更新其对应的相 机坐标系相对本体坐标系的旋转矩阵Rcb;
[0031] 步骤e，利用步骤d更新结果进一步精化式（1)所示成像模型，利用精化所得新的成 像模型与无崎变的成像模型对准，对原始影像进行重采样，实现波段影像的自动配准。
[0032] 而且，步骤e中，利用步骤d更新结果进一步精化成像模型实现方式如下，
[0033] 根据下式， 犯仁)二捧+泣巧 A-泛in(妨r反+奶)
[0034] P \?^心 j 心、 (9) 界知0 + 公/ S化(汾Y玄+八j
[0035] 其中，aW、界,W分别代表俯仰角和侧滚角由于平台振荡引起的角度变化，a是 沿轨向归化系数，A。是沿轨向平移量;b是垂轨向归化系数，巧0是垂轨向平移量；
[0036] 利用姿态文件中各姿态点对应的时间t参量计算犯(f)、巧古)，并让姿态文件中的 姿态点中的俯仰角和侧滚角分别减去耗W、巧W。
[0037] 本发明还相应提供一种基于几何模型的LASIS波段影像配准系统，包括W下模块，
[0038] 第一模块，用于将LASIS面阵探测器等效为多线阵探测器，建立多线阵推扫成像模 型，所述多线阵推扫成像模型中的每条垂轨向CCD模型符合单线阵推扫模型，线阵之间无缝 排列，每个线阵成像对应LASIS-个单波段影像，其中各个波段P的严密成像模型如下，
(1)
[0040] 式中，[X Y Z]T为像点对应的地面点的WGS84空间直角坐标系的坐标值，m为比例 系数，[XsYsZs^为成像时卫星在WGS84坐标系下的位置矢量，Rbw为本体坐标系相对WGS84坐 标系的旋转矩阵，Rgb为相机坐标系相对本体坐标系的旋转矩阵，Ru代表偏置矩阵，（恥)p, (4y)P分别为第P行CCD任一探元对应的沿轨向指向角和垂轨向指向角，计算如下，
(2)
[0042] 式中，（X，y)为像点影像坐标、（XO，yo，f)表示内方位元素 ，（A X，A y)为相机崎变引 起的像点偏移；
[0043] 第二模块，用于根据控制数据进行相机标定，包括利用化rris算法提取基准波段 影像角点，求解物方信息；利用最小二乘配准算法在非基准波段影像获取同名点作为对应 的像方信息，基于相应波段的严密成像模型利用同名点求解指向角，并把指向角和对应的 垂轨向坐标S代入如下公式，利用最小二乘计算拟合的系数at，bt，0 < t < 5， Iran (;//、)=.沒0 + 口 1.S + 馬五2 +.幻 3 护':+ +.口3 护
[0044] 化〇 (!//'.) = 6〇: + /巧.+ 如2 + 白+ 毎户 +:占兴S (.3 )
[0045] 对姿轨模型进行平滑，并按照平滑后的姿轨模型对全部波段影像重采样，从而实 现影像成像范围的一致性；
[0046] 第=模块，用于利用不同波段影像重叠区域构建平行观测值，利用两个波段的平 行观测量检测平台颤振，并根据利用检测到的颤振特征补偿其他波段颤振造成的像素偏 移，获取精确像点坐标和对应的控制点坐标;实现方式如下，
[0047] 设基准波段的颤振模型为 {'?r = Si' + 玄。n i sin(5T/ +
[0048] 台' \ \ (4) K + Zy=O
[0049] 其中，Vx、Vy分别代表沿轨向像差与垂轨像像差在沿轨向的投影;Ex、ey代表沿轨向 像差与垂轨向像差中的随机成分；A )代表某个沿轨向颤振分量的振幅，频率和 相位；（Bj 扣)代表某个垂轨向颤振分量的振幅，频率和相位;i代表某个沿轨向颤振成 分的序号J代表某个垂轨向颤振成分的序号，m代表沿轨向颤振成分的个数，n代表垂轨向 颤振成分的个数；
[0050] 构建基准波段影像的平行观测量，其他波段的颤振模型为
['y =右+ 玄。.sin(放