第6章-2 遥感传感器的构像方程

1、信息工程学院Faculty of Information Engineering湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号遥感图像的几何处理大纲大纲n摄影像片像点位移分析n遥感影像的几何变形n遥感图像的几何处理n图像配准和数字镶嵌n遥感传感器的构像方程 6.5 遥感传感器的构像方程遥感传感器的构像方程图像坐标（图像坐标（x,y）大地坐标（大地坐标（X，Y，Z）数学关系数学关系共线方程共线方程SoA (X,Y,Z)a (x,y)xyxyn遥感图像的构像方程：地物点在图像上的坐标(x,y)和其在地面对应点的大地坐标(X,Y,Z)之间的数学关系。常用的坐标系统SoAaxyxySyxyxa-fyxz像空间坐标系

2、像空间坐标系 s-xyzs-xyzxyz原点、轴向、作用原点、轴向、作用GXGYGZO(x,y,-f)(x,y,-f)O常用的坐标系统像空间辅助坐标系像空间辅助坐标系 S-XYZ( (传感器坐标系传感器坐标系) )原点、轴向、作用原点、轴向、作用SoAaxyxyxyzGXGYGZOTXTYTZTOXZYXZYXZYXZYM主要坐标系oYZyfS(XS,YS,ZS)p(x,y)xVzU OXP(X,Y,Z)W 构像方程中的坐标系构像方程中的坐标系 传感器坐标系传感器坐标系S-UVW图像坐标系图像坐标系o-xyf地面坐标系地面坐标系O-XYZ遥感图像通用构像方程n在地面坐标系与传感器坐标系之间建立

3、的转换关系称为通用构像方程pSPPSpPSpUXXYYA VZZWoYZyfS(XS,YS,ZS)p(U,V,W)xVzU OXP(X,Y,Z)W 中心投影构像方程确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之间相关位置关系的参数。SoAaxyxyxyzGXGYGZTXTYTZ像片的方位元素n确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数参数soAYXZ像像片片外外方方位位元元素素ZsXsYs外方位线元素外方位线元素：描述摄影中描述摄影中心在地面空间直角坐标系中心在地面空间直角坐标系中的位置的位置( (Xs、Ys、Zs) )外方位角元素外方位角元

4、素：描描述像片在摄影瞬间述像片在摄影瞬间的空间姿态的空间姿态像片的方位元素AXYZ像像片片外外方方位位角角元元素素XYZN航向倾角航向倾角 旁向倾角旁向倾角 像片旋角像片旋角 osxyzOX以以Y Y 轴为主轴的轴为主轴的 - - - - 转角系统转角系统共线方程推导n1 1、像空间坐标与像空间辅、像空间坐标与像空间辅助坐标的变换助坐标的变换n2 2、利用共线条件建立地面、利用共线条件建立地面坐标和像空间辅助坐标系的坐标和像空间辅助坐标系的关系关系SoAaxyxyxyzGXGYGZTXTYTZ以Y 轴为主轴的转角系统的坐标变换 aXZSYX Z (Y )zyxzyxZYXRRRR3213213

5、211000cossin0sincoscossin0sincos0001cos0sin010sin0coscccbbbaaaRRRR共线条件航摄仪航摄仪sxyxyzMZYXAao 在理想情况下，摄影瞬在理想情况下，摄影瞬间间像点、投影中心、物点像点、投影中心、物点位于同一条直线上，描述位于同一条直线上，描述这三点共线的数学表达式这三点共线的数学表达式称之为共线条件方程。称之为共线条件方程。全景摄影机的构像方程OwP sXxP(X,Y,Z)像点像点Pv tZ曝曝光缝隙光缝隙等效画幅式像片等效画幅式像片Yu(u)wv s-uvw为为传感器坐标系传感器坐标系 s-uvw为为成像瞬间的成像瞬间的 像空

6、间坐标系像空间坐标系 O-XYZ为为地面坐标系地面坐标系 推扫式传感器的构像方程wvus uvws XYZO ：遥感器坐标系遥感器坐标系：像空间坐标系像空间坐标系：地面坐标系地面坐标系10000 cossin0 sincosSStttSttXXYYAyZfZXYZ0 twwvvu(u)P(X,Y,Z)像点像点p光机扫描式传感器的构像方程n多中心投影（每个像元都有投影中心）；n几何关系类似于全景投影像片（f 不变）;n对整张图像来说，难以用有固定参数的数学模型来表达。应用中，除仿照共线条件建立像点与地面点间的关系式，常用多项式形式来表达像点与地面点的坐标关系式. 基于多项式的传感器模型n多项式模

7、型回避成像的几何过程，直接对图像变形本身进行模拟。把遥感图像的总体变形看作是平移、缩放、旋转、扭曲、偏扭、弯曲以及更高次的基本变形形成。n把遥感图象的总体变形，用一个适当的多项式来表达。n利用控制点的图象坐标和参考坐标系中理论坐标按最小二乘原理求解出多项式中的系数，然后以此多项式对图像进行几何校正。基于多项式的传感器模型0000,1,2,3,.nn iijijijnn iijijijxa u vnyb u v001001001001xaa ua vybb ub vn=1时：一次多项式校正:线性变换_平移,缩放,旋转二次多项式校正:非线性变形三次多项式校正:高次非线性变形基于有理函数的传感器模型n有理函数模型( Rational Function Model, RFM) 是将像点坐标表示为以相应地面点三维空间坐标为自变量的多项式的比值, 利用有理函数逼近二维像平面与三维物空间的对应关系。有理函数的一般形式如下:其中，( u, v) 为像点坐标; (X , Y, Z) 为相应地面点三维空间坐标; aijk , bijk , cijk , dijk 被称为有理函数系数( Ratio