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中国海监飞机是我国海监总队用来维护海洋权益、保护海洋环境和资源、以及监视海洋自然灾害的重要平台之一。在这个飞机上,安装着由中科院上海技术物理研究所研制的一种新型海洋多光谱扫描仪(MAMS)。机载遥感器,与卫星遥感器相比,具有平台稳定性差,飞行高度低,视场角大等特点,这使得所获图像的几何畸变更加严重。传统的校正方法,是在获得飞行姿态角和地面控制点的情况下进行的,但MAMS 系统还是在实验阶段,无法获得该姿态角,又因为海上执法的特殊性,利用控制点进行校正,不但获取大量控制点的成本过高,而且时效不够,因而急需进行新的校正方法的探索。
GPS(Global Positioning System)是安装在MAMS 上的全球定位系统,它能比较及时地记录下飞机的空间位置和飞行信息。本文利用GPS 记录的飞行信息,提出了一种新的飞行模式,在这个模式下反演出了飞行姿态角,最终完成了几何校正算法研究,并基于这个算法构建了几何校正软件。其主要研究内容如下:
1. 畸变原因的分析。
首先,本文分析了导致MAMS 影像数据发生几何畸变的原因,其主要原因包括系统引起的固有畸变和非系统畸变,前者主要指正切畸变,后者包括速高比变化引起的畸变,地面起伏引起的畸变和姿态角变化引起的畸变。接着,在现有的条件下,针对不同的畸变进行了可校正性分析。
2. 校正算法的研究。
首先,本文对从MAMS 接收下来的原始数据进行了预处理,剔除了辅助数据,消除了时间延迟,转换了坐标系,并对GPS 数据进行了插值处理。然后,给出了两种飞机可能的飞行模式,一种是前人的飞机两秒内作圆周运动的两秒模式,一种是本文提出的飞机一秒内作圆周运动的一秒模式。最后,根据不同的飞行模式,利用飞行动力学原理分别反演出了滚动角,完成了MAMS 几何校正算法的研究。
3. 软件的开发。
首先给出了软件的整体框架,然后介绍了软件实现中用到的几个关键技术,如:图像的读取,图像的显示,图像重采样以及大文件读取和操作等4. 精度的评价。本文分别得到了对MAMS 图像的仅仅作航线校正的校正精度,两秒模式的校正精度和一秒模式的校正精度。然后,对三种校正后的精度进行了定性和定量的比较,得出了一秒校正模式是最佳的结论。
该软件是“海监飞机执法信息地面处理系统”的子模块,其已经安装和运行在了中国海监航空支队的系统上,并在2006 年末通过了项目验收。运行一年来,该软件处理了大量的MAMS 影像数据,初步满足了各航空支队几何校正的要求,为图像的后继处理,奠定了基础。