衛星影像像元觀測天頂角和方位角的計算方法【專利摘要】一種根據衛星影像幾何成像模型計算像素觀測天頂角和方位角的方法：只需要知道衛星影像的成像模型(可以是嚴格成像模型，也可以是有理函數模型之類的通用三維成像模型)，就可以計算出影像中每一個像素的觀測天頂角和方位角，在對影像進行幾何校正、重投影等幾何變換時，可將各像素的觀測角度一起進行變換，因此不會因為幾何變換而導致影像的觀測角度信息丟失。【專利說明】衛星影像像元觀測天頂角和方位角的計算方法【
技術領域：
】[0001]本發明涉及遙感衛星影像觀測天頂角和方位角的計算，能夠應用在農業、林業、氣象、生態環境以及國防軍事等遙感部門。【
背景技術：
】[0002]觀測角度（天頂角和方位角）信息對于遙感數據的處理和應用具有重要的作用。首先，衛星觀測角度的不同會導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參數。其次，在給定的入射條件下，傳感器所接收到的反射輻射強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（BidirectionalReflectanceDistributionFunction,BRDF)來描述光線如何在物體表面進行反射。此外，當具有地形起伏時，觀測角度還會對影像的幾何特性產生較大的影響。[0003]對于視場角較小的衛星影像，一景影像范圍內觀測角度的變化較小，數據提供商通常對一景影像提供一個觀測天頂角和方位角（如Landsat-5)。對于視場角較大的影像，則需要針對不同的區域提供更多的觀測角度（如M0DIS，HJ-1A/B)。事實上，如果需要精確地利用衛星的觀測角度信息，即使對于Landsat-5之類視場角較小的衛星影像，一景給定一組觀測角度也是不夠的，尤其是在高緯地區。另外，很多視場角較大的遙感影像（如GF-1寬幅影像）也只對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）信息對于遙感數據的處理和應用的重要的作用，而現有的衛星影像產品所提供的觀測角度信息通常不完整，因此研究衛星影像各個像素觀測角度的計算方法具有重要的實用價值。【
發明內容】[0005]本發明的目的在于解決現有技術的不足，提出了一種根據衛星影像幾何成像模型計算像素觀測天頂角和方位角的方法。只需要知道衛星影像的成像模型，就可以計算出影像中每一個像素的觀測天頂角和方位角，在對影像進行幾何校正、重投影等幾何變換時，可將各像素的觀測角度一起進行變換，因此不會因為幾何變換而導致影像的觀測角度信息丟失。[0006]本發明的技術方案如下：[0007]-種基于衛星影像幾何成像模型的像素觀測天頂角和方位角計算方法，所述方法中幾何成像模型可以是用星歷參數描述的嚴格成像模型，也可以是通用的三維成像模型(如有理函數模型）；包括以下步驟，[0008]步驟1，恢復觀測視線：對于影像上任意一點p(像素坐標為（x，y))，取兩個不同的高程值h和h2㈨<h2)，利用衛星影像的成像模型得到p點對應的兩個空間點Pi(Φρλi，hj和P2(Φ2,λ2,h2)，恢復像平面點p的觀測視線@;[0009]步驟2,計算觀測天頂角：連接地心0與Pi點，計算OPi與PR的夾角，即為像平面點P的觀測天頂角9zenith?[0010]步驟3,計算觀測方位角初值：計算PR與過Pi點的子午面的夾角，即為像平面點P觀測方位角的初值Θazimuth?[0011]步驟4,對觀測方位角進行南北向修正：如果Φ2<，則取θazimuth=180Gazimuth;否則，轉到步驟5;[0012]步驟5,對觀測方位角進行東西向修正：如果λ2<λi，則取Θazimuth9azimuth?否則，結束計算。【專利附圖】【附圖說明】[0013]圖1是本發明實施例一流程圖；[0014]圖2是衛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。【具體實施方式】[0019]本發明提出了一種根據衛星影像幾何成像模型計算像素觀測天頂角和方位角的方法。以下結合一個實施例和附圖1?6詳細說明本發明技術方案。[0020]實例提供根據衛星影像幾何成像模型計算像素觀測天頂角和方位角的方法，參見附圖1:[0021]步驟1，恢復觀測視線：對于影像上任意一點P(像素坐標為（X，y))，取兩個不同的高程值h和h2㈨<h2)，利用衛星影像的正算模型得到p點對應的兩個空間點Pi(Φρλρhj和P2(Φ2,λ2,h2)，恢復像平面點p的觀測視線@，可參見附圖2;[0022]衛星影像的成像模型用來描述像素坐標（行列號）與大地經緯度坐標（經度、緯度和高程）之間的映射關系，通常用正算模型表示從像素坐標和給定高程到大地經緯度坐標的映射，如（1)所示，[0023](φ,λ)=F(x,y,h)(1)[0024]式⑴中x表示像平面點的行坐標，y表示像平面點的列坐標，Φ表示緯度，λ表示經度，h表示高程，F(·)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描述的嚴格成像模型，也可以是通用的三維成像模型（如有理函數模型）。[0026]這里4可取值為0米，h2可取為1000米。[0027]步驟2,計算觀測天頂角：連接地心0與Pi點，計算OPi與PR的夾角，即為像平面點P的觀測天頂角9zenith?[0028]延長(^交已點所在的高程面于P'i，則i點的經緯度坐標為p'，入nh2)，為直觀起見，下面在op'所在的大圓平面中計算，參見附圖3。過卩2點作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.]可以計算γ得到[0029]【權利要求】1.一種基于衛星影像幾何成像模型的像素觀測天頂角和方位角計算方法，所述方法中幾何成像模型可以是用星歷參數描述的嚴格成像模型，也可以是通用的三維成像模型（如有理函數模型）；其特征是：包括以下步驟，步驟1，恢復觀測視線：對于影像上任意一像素點P(X，y)，取兩個不同的高程值hi和h2，使得^<4，利用衛星影像的成像模型得到p點對應的兩個空間點Pjc^，λρ4)和P2(Φ2,λ2,h2)，恢復像平面點p的觀測視線@;步驟2,計算觀測天頂角：連接地心0與Pi點，計算OPi與PR的夾角，即為像平面點p的觀測天頂角9zenith?步驟3,計算觀測方位角初值：計算P'2Pi與過Pi點的子午面的夾角，即為像平面點p觀測方位角的初值Θazimuth?步驟4,對觀測方位角進行南北向修正：如果Φ2<，則取Θazimuth1§〇^azimuth?否則，轉到步驟5;步驟5,對觀測方位角進行東西向修正：如果λ2<，則取Θazimuth9azimuth;否則，結束計算。【文檔編號】G01C1/00GK104121884SQ201410352963【公開日】2014年10月29日申請日期:2014年7月24日優先權日:2014年7月24日【發明者】龍騰飛,焦偉利,張兆明,何國金申請人:中國科學院遙感與數字地球研究所
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