基于GeoEye-1卫星遥感影像几何模型解算及三维重建精度分析

摘要

21世纪以来，受益于计算机科学和材料科学的飞速发展，高分辨率遥感卫星技术得到了极大的提高;与此同时，测绘大比例尺地形图依赖于航空摄影测量的限制被打破，航天摄影测量开始广泛的应用于各大中比例尺地形图的测制。而且由于高分辨率遥感卫星卓越的数据采集和传输能力，且不受航空管制的影响，高分辨率遥感卫星技技术在国民经济建设等诸多领域发挥着越来越重要的作用。
　　高分辨率遥感卫星往往采用与太阳同步轨道，较高的飞行高度和较高的分辨率决定了其长焦距、窄视角的物理特性;而且，高分辨率遥感卫星大都使用线阵推扫式CCD传感器，成像原理及其复杂，且传感器方位元素之间往往存在较强相关性;再者，各卫星商业公司出于技术保密的考虑，一般不向用户提供影像的严密传感器模型参数，基于此，有理函数模型(Rational Function Model，RFM)被广泛应用于高分辨率遥感卫星影像定位中，以替代严密传感器模型模拟像方坐标到地面物方坐标的映射关系。
　　针对高分辨率卫星影像传感模型定位特征，探讨了有理函数模型系数的解算方法，研究了分别基于地形相关和地形无关方案解算有理函数模型的模型推导及计算方法，并且根据其误差特性，重点研究了两种补偿优化模型，并通过实验验证其理论和精度。
　　地形无关方案以严密传感器模型通过构建像空间格网来拟合计算有理函数模型系数，具有较高的定位精度，但是，由于缺少地面控制信息的改正，往往出现系统性偏差。本文在像空间间接优化模型的基础上通过构建三维空间格网实现了像空间间接优化模型到直接模型的转换，并且通过实验验证了该模型在定位及三维重建方面具有较高的精度。
　　地形相关方案是以地面像元控制点作为解算单元，当地面相对平坦时，可得到较高的有理函数模型系数解算精度。影像区域高差起伏较大时，受地面控制点数量和分布情况的影响，在远离解算控制点时，误差往往较大，且呈现随机性，很难进行改正。
　　本文从有理函数数学特性着手，通过对模型“简化—再复原”方法着重研究了有理函数模型的系统规律，通过对模拟数据的研究，提出了基于有理函数模型的系统补偿办法，经实验检验，得到了较高的精度。
　　此外，通过基于有理函数模型交会过程的研究，推导了基于有理函数模型的三维重建技术，使用GeoEye-1卫星遥感影像像对分别在RPC解算及优化的基础上完成了重建精度的评定，并在此基础上完成了立体测图;最后，在外部高精度DEM的基础上实现了对测绘地形图的精度评定。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 国内外高分辨率遥感卫星发展简介

1．1．2 高分辨率卫星遥感应用和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 问题的提出及论文结构的组织

第2章 传统传感器几何模型的基本原理

2．1 高分辨率卫星遥感影像方位元素

2．2 基于共线方程的传感器模型

2．3 基于仿射变换的传感器模型

2．4 基于直接线性变换的传感器模型

2．5 基于多项式变换的传感器模型

2．6 本章小结

第3章 基于有理函数的传感器模型

3．1 有理函数的数学表达和特点

3．1．1 有理函数的数学表达形式

3．1．2 有理函数的特点

3．2 基于有理函数的传感器模型

3．2．1 有理函数模型的数学表达

3．2．2 有理函数模型的特点

3．2．3 基于高分辨率卫星遥感影像的有理函数模型

第4章 有理函数模型的解算及优化

4．1 有理函数模型系数的解算方法

4．1．1 地形无关RPC解算方法

4．1．2 地形相关RPC解算方法

4．2 有理函数模型的优化

4．2．1 基于像空间补偿直接优化模型RPC解算方法

4．2．2 基于有理函数模型系统补偿优化RPC解算方法

4．3 本章小结

第5章 基于RFM的立体像对三维重建原理与方法

5．1 基于有理函数模型的空间交会模型

5．1．1 基于有理函数模型的空间交会理论算法

5．1．2 基于有理函数模型的空间交会迭代初始值的确定方法

5．2 基于有理函数模型的立体像对三维重建流程

第6章 基于GeoEye-1卫星遥感影像的实验分析

6．1 GeoEye-1卫星遥感影像数据特征

6．1．1 GeoEye-1卫星基本参数

6．1．2 GeoEye-1卫星遥感影像产品信息及特点

6．2 有理函数模型系数解算精度分析

6．2．1 实验数据

6．2．2 地形无关解算RPC精度分析

6．2．3 地形相关解算RPC精度分析

6．2．4 基于像空间补偿直接优化解算RPC精度分析

6．2．5 基于RFM系统补偿优化RPC解算精度分析

6．2．6 各方案RPC解算精度比较分析

6．3 基于有理函数模型的三维重建精度分析

6．3．1 基于地无关解算RPC的三维重建精度分析

6．3．2 基于地相关解算RPC的三维重建精度分析

6．3．3 基于像空间补偿直接优化解算RPC的三维重建精度分析

6．3．4 基于RFM系统补偿解算RPC的三维重建精度分析

6．3．5 各方案重建精度比较分析

6．4 基于有理函数模型的立体测图及精度分析

6．4．1 基于有理函数模型的立体测图

6．4．2 基于有理函数模型的立体测图精度分析

6．5 本章小结

结论和展望

致谢

参考文献