衛(wèi)星影像像元觀測天頂角和方位角的計(jì)算方法【專利摘要】一種根據(jù)衛(wèi)星影像幾何成像模型計(jì)算像素觀測天頂角和方位角的方法:只需要知道衛(wèi)星影像的成像模型(可以是嚴(yán)格成像模型,也可以是有理函數(shù)模型之類的通用三維成像模型),就可以計(jì)算出影像中每一個(gè)像素的觀測天頂角和方位角,在對(duì)影像進(jìn)行幾何校正、重投影等幾何變換時(shí),可將各像素的觀測角度一起進(jìn)行變換,因此不會(huì)因?yàn)閹缀巫儞Q而導(dǎo)致影像的觀測角度信息丟失?!緦@f明】衛(wèi)星影像像元觀測天頂角和方位角的計(jì)算方法【
技術(shù)領(lǐng)域:
】[0001]本發(fā)明涉及遙感衛(wèi)星影像觀測天頂角和方位角的計(jì)算,能夠應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、氣象、生態(tài)環(huán)境以及國防軍事等遙感部門?!?br>背景技術(shù):
】[0002]觀測角度(天頂角和方位角)信息對(duì)于遙感數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用具有重要的作用。首先,衛(wèi)星觀測角度的不同會(huì)導(dǎo)致輻射傳輸中大氣路徑的不同,因此觀測角度通常是遙感影像大氣校正處理中很重要的輸入?yún)?shù)。其次,在給定的入射條件下,傳感器所接收到的反射輻射強(qiáng)度還受到觀測角度的影響,因此通常利用雙向反射分布函數(shù)(BidirectionalReflectanceDistributionFunction,BRDF)來描述光線如何在物體表面進(jìn)行反射。此外,當(dāng)具有地形起伏時(shí),觀測角度還會(huì)對(duì)影像的幾何特性產(chǎn)生較大的影響。[0003]對(duì)于視場角較小的衛(wèi)星影像,一景影像范圍內(nèi)觀測角度的變化較小,數(shù)據(jù)提供商通常對(duì)一景影像提供一個(gè)觀測天頂角和方位角(如Landsat-5)。對(duì)于視場角較大的影像,則需要針對(duì)不同的區(qū)域提供更多的觀測角度(如M0DIS,HJ-1A/B)。事實(shí)上,如果需要精確地利用衛(wèi)星的觀測角度信息,即使對(duì)于Landsat-5之類視場角較小的衛(wèi)星影像,一景給定一組觀測角度也是不夠的,尤其是在高緯地區(qū)。另外,很多視場角較大的遙感影像(如GF-1寬幅影像)也只對(duì)一景影像給定一組觀測角度,這樣就更不精確了。[0004]鑒于觀測角度(天頂角和方位角)信息對(duì)于遙感數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用的重要的作用,而現(xiàn)有的衛(wèi)星影像產(chǎn)品所提供的觀測角度信息通常不完整,因此研究衛(wèi)星影像各個(gè)像素觀測角度的計(jì)算方法具有重要的實(shí)用價(jià)值?!?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出了一種根據(jù)衛(wèi)星影像幾何成像模型計(jì)算像素觀測天頂角和方位角的方法。只需要知道衛(wèi)星影像的成像模型,就可以計(jì)算出影像中每一個(gè)像素的觀測天頂角和方位角,在對(duì)影像進(jìn)行幾何校正、重投影等幾何變換時(shí),可將各像素的觀測角度一起進(jìn)行變換,因此不會(huì)因?yàn)閹缀巫儞Q而導(dǎo)致影像的觀測角度信息丟失。[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:[0007]-種基于衛(wèi)星影像幾何成像模型的像素觀測天頂角和方位角計(jì)算方法,所述方法中幾何成像模型可以是用星歷參數(shù)描述的嚴(yán)格成像模型,也可以是通用的三維成像模型(如有理函數(shù)模型);包括以下步驟,[0008]步驟1,恢復(fù)觀測視線:對(duì)于影像上任意一點(diǎn)p(像素坐標(biāo)為(x,y)),取兩個(gè)不同的高程值h和h2㈨<h2),利用衛(wèi)星影像的成像模型得到p點(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)空間點(diǎn)Pi(Φρλi,hj和P2(Φ2,λ2,h2),恢復(fù)像平面點(diǎn)p的觀測視線@;[0009]步驟2,計(jì)算觀測天頂角:連接地心0與Pi點(diǎn),計(jì)算OPi與PR的夾角,即為像平面點(diǎn)P的觀測天頂角9zenith?[0010]步驟3,計(jì)算觀測方位角初值:計(jì)算PR與過Pi點(diǎn)的子午面的夾角,即為像平面點(diǎn)P觀測方位角的初值Θazimuth?[0011]步驟4,對(duì)觀測方位角進(jìn)行南北向修正:如果Φ2<,則取θazimuth=180Gazimuth;否則,轉(zhuǎn)到步驟5;[0012]步驟5,對(duì)觀測方位角進(jìn)行東西向修正:如果λ2<λi,則取Θazimuth9azimuth?否則,結(jié)束計(jì)算?!緦@綀D】【附圖說明】[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一流程圖;[0014]圖2是衛(wèi)星觀測天頂角示意圖;[0015]圖3是0P'^2所在大圓平面示意圖;[0016]圖4是衛(wèi)星觀測方位角示意圖;[0017]圖5是平面<yip2不意圖;[0018]圖6是子午面〇W1不意圖?!揪唧w實(shí)施方式】[0019]本發(fā)明提出了一種根據(jù)衛(wèi)星影像幾何成像模型計(jì)算像素觀測天頂角和方位角的方法。以下結(jié)合一個(gè)實(shí)施例和附圖1?6詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案。[0020]實(shí)例提供根據(jù)衛(wèi)星影像幾何成像模型計(jì)算像素觀測天頂角和方位角的方法,參見附圖1:[0021]步驟1,恢復(fù)觀測視線:對(duì)于影像上任意一點(diǎn)P(像素坐標(biāo)為(X,y)),取兩個(gè)不同的高程值h和h2㈨<h2),利用衛(wèi)星影像的正算模型得到p點(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)空間點(diǎn)Pi(Φρλρhj和P2(Φ2,λ2,h2),恢復(fù)像平面點(diǎn)p的觀測視線@,可參見附圖2;[0022]衛(wèi)星影像的成像模型用來描述像素坐標(biāo)(行列號(hào))與大地經(jīng)緯度坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度和高程)之間的映射關(guān)系,通常用正算模型表示從像素坐標(biāo)和給定高程到大地經(jīng)緯度坐標(biāo)的映射,如(1)所示,[0023](φ,λ)=F(x,y,h)(1)[0024]式⑴中x表示像平面點(diǎn)的行坐標(biāo),y表示像平面點(diǎn)的列坐標(biāo),Φ表示緯度,λ表示經(jīng)度,h表示高程,F(xiàn)(·)表示正算模型。[0025]成像模型不限于某種特定的模型,既可以是用星歷參數(shù)描述的嚴(yán)格成像模型,也可以是通用的三維成像模型(如有理函數(shù)模型)。[0026]這里4可取值為0米,h2可取為1000米。[0027]步驟2,計(jì)算觀測天頂角:連接地心0與Pi點(diǎn),計(jì)算OPi與PR的夾角,即為像平面點(diǎn)P的觀測天頂角9zenith?[0028]延長(^交已點(diǎn)所在的高程面于P'i,則i點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)為p',入nh2),為直觀起見,下面在op'所在的大圓平面中計(jì)算,參見附圖3。過卩2點(diǎn)作P2M垂直0P'1于]\1,令ZPsOP'Y。由"Haversineformula"[H.B.Goodwin,Thehaversineinnauticalastronomy,NavalInstituteProceedings,vol.36,no.3(1910),pp.735-746:EvidentlyifaTableofHaversinesisemployedweshallbesavedinthefirstinstancethetroubleofdividingthesumofthelogarithmsbytwo,andinthesecondplaceofmultiplyingtheangletakenfromthetablesbythesamenumber.ThisisthespecialadvantageoftheformoftablefirstintroducedbyProfessorInman,ofthePortsmouthRoyalNavyCollege,nearlyacenturyago.]可以計(jì)算γ得到[0029]【權(quán)利要求】1.一種基于衛(wèi)星影像幾何成像模型的像素觀測天頂角和方位角計(jì)算方法,所述方法中幾何成像模型可以是用星歷參數(shù)描述的嚴(yán)格成像模型,也可以是通用的三維成像模型(如有理函數(shù)模型);其特征是:包括以下步驟,步驟1,恢復(fù)觀測視線:對(duì)于影像上任意一像素點(diǎn)P(X,y),取兩個(gè)不同的高程值hi和h2,使得^<4,利用衛(wèi)星影像的成像模型得到p點(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)空間點(diǎn)Pjc^,λρ4)和P2(Φ2,λ2,h2),恢復(fù)像平面點(diǎn)p的觀測視線@;步驟2,計(jì)算觀測天頂角:連接地心0與Pi點(diǎn),計(jì)算OPi與PR的夾角,即為像平面點(diǎn)p的觀測天頂角9zenith?步驟3,計(jì)算觀測方位角初值:計(jì)算P'2Pi與過Pi點(diǎn)的子午面的夾角,即為像平面點(diǎn)p觀測方位角的初值Θazimuth?步驟4,對(duì)觀測方位角進(jìn)行南北向修正:如果Φ2<,則取Θazimuth1§〇^azimuth?否則,轉(zhuǎn)到步驟5;步驟5,對(duì)觀測方位角進(jìn)行東西向修正:如果λ2<,則取Θazimuth9azimuth;否則,結(jié)束計(jì)算?!疚臋n編號(hào)】G01C1/00GK104121884SQ201410352963【公開日】2014年10月29日申請(qǐng)日期:2014年7月24日優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日【發(fā)明者】龍騰飛,焦偉利,張兆明,何國金申請(qǐng)人:中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所