基于几何模型的LASIS波段影像配准方法及系统

摘要

本发明提供一种基于几何模型的LASIS波段影像配准方法及系统，包括首先将LASIS成像模型等效为多线阵推扫模型，先进行相机标定，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；更新成像模型的姿态信息，利用精化所得新的成像模型与无畸变的成像模型对准，对原始影像进行重采样，实现波段影像的自动配准。传统方法两两波段匹配，其构建的干涉序列中存在累积误差从而精度较差，本发明规避了以上缺陷，能够实现干涉序列影像的整体高精度配准，改进了各波段自我补偿的传统方法，能够极大提升处理效率。

主权项

一种基于几何模型的LASIS波段影像配准方法，其特征在于：包括以下步骤，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一个单波段影像，其中各个波段p的严密成像模型如下，$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}_S\\ Y_S\\ Z_S\end{array}\right]+{\mathrm{mR}}_{BW}{R}_{CB}{R}_U\left[\begin{array}{c}tan{\left({\psi }_x\right)}_p\\ tan{\left({\psi }_y\right)}_p\\ -1\end{array}\right]---\left(1\right)$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，[X_SY_SZ_S]^T为成像时卫星在WGS84坐标系下的位置矢量，R_BW为本体坐标系相对WGS84坐标系的旋转矩阵，R_CB为相机坐标系相对本体坐标系的旋转矩阵，R_U代表偏置矩阵，(ψ_x)_p,(ψ_y)_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，$\begin{array}{c}\tan {\left({\psi }_x\right)}_p=\frac{x-x_0-\Delta x}{-f}\\ \tan {\left({\psi }_y\right)}_p=\frac{y-y_0-\Delta y}{-f}\end{array}---\left(2\right)$式中，(x,y)为像点影像坐标、(x₀,y₀,f)表示内方位元素，(Δx,Δy)为相机畸变引起的像点偏移；步骤b，根据控制数据进行相机标定，包括利用Harris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a_t,b_t，0≤t≤5，$\left\{\begin{array}{c}tan\left({\psi }_x\right)=a_0+a_{1}s+a_2{s}^2+a_3{s}^3+a_4{s}^4+a_5{s}^5\\ tan\left({\psi }_y\right)=b_0+b_{1}s+b_2{s}^2+b_3{s}^3+b_4{s}^4+b_5{s}^5\end{array}\right.---\left(3\right)$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；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，设基准波段的颤振模型为其中，V_x、V_y分别代表沿轨向像差与垂轨像像差在沿轨向的投影；ε_x、ε_y代表沿轨向像差与垂轨向像差中的随机成分；代表某个沿轨向颤振分量的振幅，频率和相位；(B_j ω_j ψj)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；构建基准波段影像的平行观测量，其他波段的颤振模型为其中，V’_x、V’_y分别代表沿轨向像差与垂轨像像差在沿轨向的投影；ε’_x、ε’_y代表沿轨向像差与垂轨向像差中的随机成分；代表某个沿轨向颤振分量的振幅，频率和相位；(B'_j ω'_j ψ'_j)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；得到两波段同名点配准残差中颤振影响对应的公式如下，其中，ΔV_x、ΔV_y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；设为存在以下等价条件，则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；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，更新其对应的相机坐标系相对本体坐标系的旋转矩阵R_CB；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畸变的成像模型对准，对原始影像进行重采样，实现波段影像的自动配准。