基于GPS的高光谱遥感图像几何精校正方法

摘要

本发明提供了一种基于GPS的高光谱遥感图像几何精校正方法，首先读取成像光谱仪获取的bil格式的高光谱遥感图像数据和GPS记录的成像平台的姿态信息数据；然后将GPS记录的成像光谱仪获取高光谱遥感图像时扫描线对应的经纬度转换为高斯平面直角坐标；最后进行所有波段图像校正。本发明利用高精度GPS记录的成像平台的姿态信息数据对成像平台不稳定运动产生的高光谱遥感图像的几何畸变进行精校正，通用性强，省时省力；同时，由于本发明需要的成像平台的姿态信息数据少，计算量小，因此能够满足实时校正图像的需要。

主权项

一种基于GPS的高光谱遥感图像几何精校正方法，其特征在于包括下述步骤：A.数据导入；(A1)读取成像光谱仪获取的bil格式的高光谱遥感图像数据；(A2)读取GPS记录的成像平台的姿态信息数据，包括经纬度、俯仰角ψ、横滚角ω、偏航角κ和航高H；(A3)检查GPS记录的姿态信息数据的记录数是否与成像光谱仪获取高光谱遥感图像时的扫描线数一致，如果不一致则对GPS记录的姿态信息数据进行重采样处理，使两者匹配；(A4)将GPS记录的姿态信息数据中的俯仰角ψ、横滚角ω和偏航角κ转换为弧度单位；B.将GPS记录的成像光谱仪获取高光谱遥感图像时扫描线对应的经纬度转换为高斯平面直角坐标；(B1)计算成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线中心点经纬度向高斯平面直角坐标转换时的中间变量，初值取m＝1；计算第一个中间变量α＝a×B+b×sin(2B)+c×sin(4B)+d×sin(6B)；其中，常系数a＝6367558.5，b＝‑16036.48，c＝16.828，d＝‑0.022，B为GPS记录的第m条扫描线中心点的纬度，计算第二个中间变量β＝6399698.902‑21562.267×cos²B+108.973cos⁴B‑0.612cos⁶B；计算第三个中间变量η＝0.0067385254×cos²B；计算第四个中间变量L＝L₁‑L_c；其中，L₁为GPS记录的第m条扫描线中心点的经度，L_c为GPS记录的所有扫描线形成的投影带的中央经度；(B2)计算成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线中心点在南北方向上的高斯平面直角坐标$\begin{array}{c}X=\alpha +L^2\times \beta \times \sin B\times \cos B/2+L^4\times \beta \times \sin B{\cos }^{3}B\\ \times (5-{\tan }^{2}B+9{\eta }^2+{4\eta }^4)/24+L^6\times \beta \times \sin B{\cos }^{5}B\\ \times (61-58{\tan }^{2}B+{\tan }^{4}B)/720\end{array};$(B3)计算成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线中心点在东西方向上的高斯平面直角坐标$\begin{array}{c}Y=L\times \beta \times \cos B+L^3\times \beta \times {\cos }^{3}B(1-{\tan }^{2}B+{\eta }^2)/6\\ +L^5\times \beta \times {\cos }^{5}B\times (9-18{\tan }^{2}B+{\tan }^{4}B)/120+500000\end{array};$(B4)计算成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线的方向角γ＝κ+π/2；(B5)计算成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线中心点到对应地面扫描线中心点的距离D＝H/cosψ，其中，H是GPS记录的成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线的航高；(B6)计算成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线第i个像元对应的横滚角ω_i＝ω‑(N‑1)×IFOV/2+i×IFOV，其中，i是每一行左起的像元数，初值取i＝1；N是成像光谱仪线阵列的探测元数；IFOV是成像光谱仪的瞬时视场角；(B7)计算成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线第i个像元到第m条扫描线中心点的距离S_i＝D×tan(ω_i)及其在南北和东西方向上的高斯平面直角坐标分量Δx_i＝S_i×cos(γ)和Δy_i＝S_i×sin(γ)；(B8)计算成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线第i个像元对应的高斯平面直角坐标x_i＝X+Δx_i、y_i＝Y+Δy_i，式中，X、Y是成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线中心点在南北和东西方向上的高斯平面直角坐标；(B9)重复(B6)～(B8)，令i加1，计算成像光谱仪获取高光谱遥感图像时第m条扫描线上所有像元对应的高斯平面直角坐标；(B10)重复(B1)～(B9)，令m加1，计算成像光谱仪获取高光谱遥感图像时所有扫描线所有像元对应的高斯平面直角坐标；C.图像校正(C1)计算像元分辨率其中，是成像光谱仪获取高光谱遥感图像时所有扫描线的平均航高；(C2)计算校正图像在南北方向的尺寸xsize＝(x max‑x min)/GR，其中，x max表示成像光谱仪获取高光谱遥感图像时所有像元对应的高斯平面直角坐标在南北方向的最大值，x min表示成像光谱仪获取高光谱遥感图像时所有像元对应的高斯平面直角坐标在南北方向的最小值；(C3)计算校正图像在东西方向的尺寸ysize＝(y max‑ymin)/GR，其中，y max表示成像光谱仪获取高光谱遥感图像时所有像元对应的高斯平面直角坐标在东西方向的最大值，y min表示成像光谱仪获取高光谱遥感图像时所有像元对应的高斯平面直角坐标在东西方向的最小值；(C4)计算成像光谱仪获取的高光谱遥感图像第一个像元在校正图像中对应的行数xindex＝(x max‑x)/GR，其中，x是第一个像元对应南北方向的高斯平面直角坐标；循环执行本步骤计算所有像元在校正图像中对应的行数；(C5)计算成像光谱仪获取的高光谱遥感图像第一个像元在校正图像中对应的列数yindex＝(y‑y min)/GR，其中，y是第一个像元对应东西方向的高斯平面直角坐标；循环执行本步骤计算所有像元在校正图像中对应的列数；(C6)根据成像光谱仪获取的高光谱遥感图像所有像元在校正图像中对应的行数和列数，将成像光谱仪获取的高光谱遥感图像的第k个波段的所有像元的灰度值赋给校正图像对应像元，初值取k＝1；(C7)采用最近邻域插值法消除由于校正前后图像尺寸不一致造成的校正图像数据的像元缺失；(C8)重复(C6)～(C7)，令k加1，完成所有波段图像校正。