[发明专利]一种遥感图像自动几何纠正的系统框架和方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥感图像处理中的图像几何纠正技术，尤其是遥感图像的几何精纠正或正射纠正技术。

背景技术

遥感图像在成像时，由于成像投影方式、传感器外方位元素变化、传感介质的不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素的影响，使获得的遥感图像相对于地表目标存在一定的几何变形。所有的遥感图像在应用前必须进行几何处理，使处理后图像上的像元点与地表的地理位置或地图严格对准，该过程称为遥感图像的几何纠正。

遥感图像的几何纠正通常包括两个过程：系统校正或几何粗纠正、几何精纠正或正射纠正。系统校正是纠正遥感图像在几何位置上的系统性形变。系统性几何变形是有规律的和可以预测的，可以通过模拟遥感平台及遥感器内部变形的数学公式或模型来预测，但由于可精确模拟和预测的系统性形变的精确度有限，导致系统误差改正后影像上还存在剩余形变。剩余形变一般认为是非系统性的形变，是由遥感平台的高度、经纬度、速度和姿态等不稳定因素或地球曲率变化等引起的，是难以预测的，一般借助地面控制点(GCP，Ground ControlPoints)作进一步的几何处理，实现图像与标准参考图像或地图的配准，这种对剩余形变的纠正就是几何精纠正。进一步地，利用GCP、数字高程模型(DEM，Digital Elevation Model)或数字地形模型(DTM，Digital Terrain Modal)结合纠正模型纠正因地形起伏、太阳高度角和成像视角引起的几何形变，就是正射纠正。

显然，不管是几何精纠正还是正射纠正都是建立在GCP基础之上的，而控制点的采集是需要经验且繁重的工作。不考虑野外采集GCP的模式，常规的采集GCP的工作是由人工对照地图和图像来完成的，而且控制点的精度依赖于采集者个人的认识水平和技能，这使得采集控制点的工作耗时长，严重影响几何纠正的效率。因此提高控制点的采集速度是许多遥感图像几何纠正着力解决的问题。其中基于控制点库的几何纠正是许多商业系统为提高几何纠正效率实际运行所采用的处理方式，如PCI软件系统。

假定控制点库中已经存储了控制点的经纬度坐标和以控制点为中心的图像片。基于控制点库进行几何精纠正或正射纠正的过程为：根据待纠正影像四个角点的经纬度从数据库中查询出落入该范围的已知控制点片，并根据其地理坐标计算映射到待纠正影像的大致位置，然后在待纠正影像上进行控制点图像片的匹配检测并定位控制点的位置。

使用控制点库纠正图像有优点也有缺点。优点是：控制点图像片都是以特征点为中心选取的，在匹配时会得到较高的匹配度；控制点图像片是局部数据，整体误差对控制点片匹配的影响较小；一定区域内控制点片的数量有限且分布相对均匀，因此匹配的效率较高。缺点是：需要大量的人工工作以采集充实控制点库；某些区域内控制点片的数量可能太少且分布密度太低；不同空间分辨率和光谱波段的遥感图像可能需要分辨率和谱段不同的控制点片。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷和不足，提出一种新的遥感卫星图像自动纠正的框架，该框架没有使用控制点库而是一种利用几何精度满足要求的参考数据为基准图像对新图像进行几何纠正的系统和方法。它通过在参考图像上和待纠正图像进行自动匹配获得控制点，继而通过控制点建立图像形变模型来纠正图像。

本发明的技术方案如下：

一种基于区域级参考图像对遥感卫星图像自动纠正的框架和方法。其特征在于包括以下步骤：

(1)包含一个区域级参考图像集。参考数据集主要包括两类数据：有准确地理编码的遥感图像和同区域的DEM数据，数据的范围可以是局部区域或全球范围的数据，至少包括待纠正图像的区域。地理编码的遥感图像通常选用任何已经经过正射纠正，认为几何精度满足要求可作为基准图像的图像组成；

(2)控制图像，即参考图像集中感兴趣区域(ROI)的提取。待纠正图像是经过系统纠正的图像，系统待纠正图像的四个角点坐标是包含了系统校正误差的地理坐标，以此为参考，加上系统误差的估算值，可将对应于待纠正图像的参考图像和DEM(或DTM)提取出来作为控制影像，称为感兴趣区域(ROI)图像；

(3)图像自动匹配。将控制图像与待纠正图像进行自动匹配，获得控制点；

(4)图像纠正。基于控制点建立待纠正图像和控制图像之间的纠正模型，继而利用纠正模型对待纠正图像进行纠正。

本发明与现有技术相比具有下列优点：直接利用参考图像动态提取临时的图像控制点进行纠正，无需人工工作采集充实控制点库；控制点的分布和数量可以依据需要调节；可将参考数据集存储在本地或异地，从而支持网络环境下并行的几何纠正作业。

附图说明