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文檔簡介
1、高解析度衛(wèi)星影像之定位精度研究林義乾指導教授:趙鍵哲2005/04/01前言 不提供衛(wèi)星軌道參數(shù),其中包含IKONOS與ROCSAT-之影像。沒有軌道參數(shù)的情形下,僅能使用幾何模式的仿射轉換和有理函數(shù)模式進行幾何校正的工作,因此本次報告之模式主要著重於仿射轉換以及一階、二階有理函數(shù)模式。 取得控制點資料的方式有數(shù)種,如地形圖、正射影像、GPS實地量測等,為分析比較在各種情形下可達之定位精度,探討控制資料來源對定位精度之影響亦是本次報告之主題之一。 相關文獻回顧1相關文獻回顧2Toutin於2004以National Capital Region of Canada的QUICKBIRD影像進行控
2、制資料來源對定位精度影響之實驗 方法回顧1高解析度衛(wèi)星影像幾何校正流程圖圖3-1高解析度衛(wèi)星影像幾何校正流程圖方法回顧2多項式轉換與仿設轉換方法回顧3有理函數(shù)模式方法回顧4利用DLT計算有理函數(shù)模式參數(shù)初始值: 方法回顧5利用DLT計算有理函數(shù)模式參數(shù)初始值:以一階RFM為例模擬實驗成果與分析模擬實驗流程: 模擬實驗場配置1模擬的影像為IKONOS衛(wèi)星影像 假設衛(wèi)星高度681公里,焦距10公尺,地面解析力為1公尺。 假設今有一影像大小為1381613000(LineSample,本實驗以xy表示),衛(wèi)星飛行方向為y方向。模擬實驗場配置2取得各列影像之外方位參數(shù)後,假設影像上有一百個均勻分布的點
3、位如下圖,由像點進行倒投影至地面,以光束法(4-1式)交會虛擬之DEM得到地表之平面坐標 模擬實驗場配置3圖4-2GCP及ICP散佈圖(藍點為GCP,紅點為ICP) 隨機誤差根據(jù)不同的控制資料來源,給定不同的隨機誤差等級,仿照Toutin的實驗中之誤差量,並由亂數(shù)產生器自動給定。1:50000地形圖:控制點之平面與高程精度為10m,像點量測誤差為1pixels。正射影像:控制點之平面與高程精度為3-5m(統(tǒng)一給定5m之隨機誤差),像點量測誤差亦為1pixels。手持式GPS:控制點之平面與高程精度為2-3m(統(tǒng)一給定3m之隨機誤差),像點量測誤差為1pixels。DGPS:控制點之平面與高程精
4、度為0.2m,像點量測誤差為1pixels。 實驗11 情形下之推掃式影像,地形高差起伏為500公尺。圖4-3實驗場1之數(shù)值地形模型(未加入隨機誤差) 實驗12三維仿射轉換與一階RFM實驗成果:迭代運算停止條件:L+V0.0001 實驗13成果分析此實驗場之DEM雖然變化頗為劇烈,但對於衛(wèi)星高度(681公里)而言,此變化比例(500公尺)相當小,且由於攝影傾角較小,故可將地表視為一平面。本實驗場中,理論上仿射轉換已可有效的描述物像對應關係,由上列成果得知,使用不同控制資料時皆符合理論情形。由GPS與DGPS取得控制資料來源,在此實驗場中,仿射轉換與一階有理函數(shù)皆可達到不錯的定位精度,可提供作為
5、後續(xù)相關之應用。 使用二階有理函數(shù)時,雖可收斂求解,但因秩虧的情形以及RMS報告,推論其解不正確,模式仍有待驗證。實驗21 情形下之推掃式影像,地形高差起伏為500公尺。圖4-4實驗場2之數(shù)值地形模型(未加入隨機誤差)實驗22三維仿射轉換與一階RFM實驗成果:迭代運算停止條件:L+V0.0001 實驗23成果分析由於攝影傾角較大,推論有理模數(shù)模式較能描述此一實驗場之物、像幾何。 由於仿射轉換乃是基於平行投影之概念,將像空間與物空間視為兩個平行無傾斜之平面來進行幾何校正,因此在攝影傾角較大的情形下,理論上應無法有效的描述物像幾何 。本實驗中,類似於投影轉換(二維八參數(shù)轉換)之階有理函數(shù)模式,可較
6、有效的描述物、像對應關係,但必須使用由DGPS蒐集的控制資料,才可勉強做為後續(xù)製圖使用 。 此實驗場使用二階有理函數(shù)模式時,利用DLT計算得到的初始值無法落於收斂區(qū)間,且有秩虧情形,導致計算發(fā)散,故計算初始值之方式與數(shù)學模式仍有待驗證。 實驗31 情形下之推掃式影像,地形高差起伏為3500公尺。圖4-5實驗場3之數(shù)值地形模型(未加入隨機誤差)實驗32三維仿射轉換與一階RFM實驗成果:迭代運算停止條件:L+V0.0001 實驗33成果分析此實驗場之DEM雖然變化頗為劇烈,且此變化比例(3500公尺)相較於實驗1、2大幅提升,故無法將地表視為一平面 ,因此推論有理函數(shù)較可達較佳之定位精度 。 仿射
7、轉換將物、像空間皆視為平面,當影像涵蓋區(qū)域之地勢起伏較小時,可有效的描述物像幾何,但若地勢起伏較大時,不論提供何種精度之控制資料,定位精度皆有限 。一階RFM並非將地表視為平面進行幾何校正,但在地勢起伏較大實驗中,仍會受到部份影響,必須使用由GPS或DGPS蒐集之控制資料才可達到理想之定位精度。使用二階有理函數(shù)時,雖可收斂求解,但因秩虧的情形以及RMS報告,推論其解不正確,模式仍有待驗證。 實驗41 情形下之推掃式影像,地形高差起伏為3500公尺。圖4-5實驗場3之數(shù)值地形模型(未加入隨機誤差)實驗42三維仿射轉換與一階RFM實驗成果:迭代運算停止條件:L+V0.0001 實驗43成果分析此實
8、驗場之DEM雖然變化頗為劇烈,且此變化比例(3500公尺)相較於實驗1、2大幅提升,故無法將地表視為一平面,且其攝影傾角較大,因此推論有理函數(shù)較可達較佳之定位精度。理論上,仿射轉換無法描述攝影傾角較大以及地勢起伏較大時之物像幾何,本實驗場同時模擬此兩種情形,故可推論定位精度會相當差,而實驗成果與理論預期相同。一階RFM較不會受到攝影傾角與地勢起伏的影響,仍可有效的描述物像幾何,但在此實驗中,必須使用DGPS取得之控制資料才可達到理想之定位精度。此實驗場使用二階有理函數(shù)模式時,利用DLT計算得到的初始值無法落於收斂區(qū)間,且有秩虧情形,導致計算發(fā)散,故計算初始值之方式與數(shù)學模式仍有待驗證。 結論1
9、在觀測方程式中加入控制點的虛擬觀測量,可部份吸收因隨機誤差造成的誤差,但GCP的RMS大小卻與給定的隨機誤差量成反比,乃由於設定權矩陣所造成之結果。利用DLT的方式計算一階RFM參數(shù)之初始值時,雖在傾角叫大的實驗場都會造成A矩陣秩虧,但由RMS報告推測皆可順利的落於正確收斂區(qū)間。但計算二階RFM參數(shù)初始值時,卻有落於錯誤區(qū)間以及嚴重秩虧(未知數(shù)192個,rank30)的情形,導致二階RFM無法順利解算,其數(shù)學模式與計算程式仍有待檢察驗證。仿射轉換之定位精度,受攝影傾角之影響情形,較受地勢起伏之影響情形嚴重,推論應是平行投影之影響會比將地表視為平面之影像為劇 。結論2在上述之實驗成果中,可得知一
10、階有理函數(shù)在各種情形下皆可達到最佳之定位精度,但若要達製圖應用所需之定位精度,仍需以GPS或DGPS來獲取控制資料才可??刂瀑Y料來源會對定位精度有相當?shù)挠绊懀趯崉丈媳仨毧剂繕I(yè)務需求,來選擇適當之控制資料,以避免不必要之時間及成本支出。 參考文獻1Tao C.V and Y. Hu,2000,”Image Rectification Using a Generic Sensor ModelRational Function Model”,ISPRS 2000。Di K., R. Ma and R. X. Li, 2003,”Rational Functions and Potential f
11、or Rigorous Sensor Model Recovery”, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, Vol. 69, No. 1, January 2003, pp. 33-41。Miyata T. and M. Takagi, 2004,”Acquisition Method of High Resolution Ground Control Points For High-Resolution Satellite Imagery”, ACRS Proceedings, Chiang Mai。Toutin Th., R. Chenier,2004,”GCP Requirement For High-Resolution Satellite Mapping”, ISPRS comm3, Istanbul。 參考文獻2李茂園,2001,”高解析度衛(wèi)星影像之幾何處理與定位精度分析”,國立臺灣大學土木工程學研究所碩士論文。羅秋月,2002,”IKONOS衛(wèi)星影像正射改正之研究”,國立中央大學土木工程研究所碩士論文。周志學,2
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