1、以幾何轉換模式進行福爾摩莎二以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析號衛星影像之定位精度分析 研究人員研究人員: :林義乾林義乾指導教授指導教授: :趙鍵哲趙鍵哲以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析報告大綱n前言n幾何轉換模式介紹n定位精度模擬器n實際資料測試n結論n未來工作n參考文獻以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析前言n衛星影像之定位精度取決於掃描過程中衛星的姿態擾動量、地勢起伏、影像掃描傾角、控制資料來源、控制點數量、控制點分布、像空間量測
2、精度及幾何轉換模式等變因。n分析以控制區塊作為衛星影像之控制資料來源之可行性，以及航照影像與衛照影像適用之控制區塊的差別，使用目前已有之高雄實驗區的福衛二號影像，以及人工量測進行實驗分析。 以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析幾何轉換模式介紹1以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析幾何轉換模式介紹2圖2-1推掃式影像成像幾何(Vozikis et al., 2003)以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位
3、精度分析數學模式介紹3n衛照影像幾何轉換模式介紹衛照影像幾何轉換模式介紹n三維仿射轉換(3D Affine Transformation) n平行透視投影模式(Parallel Perspective Model, PPM) n有理函數模式 (Rational Function Model, RFM) 其中在高階有理函數解算時，法向量矩陣很容易形成奇異矩陣，因此在解算時可加入一微小常數h來改善此一現象。由Tao and Hu(2001)指出，h值在0.0002至0.004間之解算較為穩定。 102)(132132103213210ZdYdXdlineZcYcXcclineZbYbXbZaYaX
4、aasample921132132103213210ZdYdXdZcYcXcclineZbYbXbZaYaXaasample以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析數學模式介紹4n衛照影像物、像關係解算數學模式衛照影像物、像關係解算數學模式 PyAPAAPyyyIKJAPeyAeTT11202121120 , , ,0, 0162以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析定位精度模擬器1n衛照影像定位精度模擬器衛照影像定位精度模擬器圖3-1定位精度模擬器之運作流程以幾何
5、轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析定位精度模擬器測試1圖4-1虛擬DEM之點位平面位置及GCP、ICP分布圖 圖4-2虛擬地形暈渲圖套疊等高線圖 以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析定位精度模擬器測試2以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析定位精度模擬器測試3以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析定位精度模擬器測試4n成果分析成果分析
6、n上述成果中，一階RFM較為穩定，當增加參數量使用二階及三階RFM時，雖更能完善的描述控制點之物像幾何，但該物像幾何完全受到控制點之扭曲，導致在檢核點部份之定位精度下降。n由表4-1及表4-2中無法清楚的判斷在何種情形下較貼近實際影像之成像情形，理論上，使用有理函數進行衛星影像之幾何轉換時，隨著階數之提高，定位精度應有顯著的提升，通常二階會優於一階，而三階則可能因參數過多而導致物像幾何扭曲變形，但上述成果中僅有兩組成果為二階一階，因此推論模擬實驗場尚無法有效的貼近實際情形。n另由數學模式進行解析可知(附錄一)，目前的實驗場配置方式較貼近於一階有理函數，故上述之成果尚為合理，但模擬實驗場之建構仍
7、是未來研究之重要課題之一。以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析實際資料測試1n根據CECI所給之實驗場資料，高雄實驗區涵蓋範圍約1.52平方公里，但由於福衛二號各分送中心在既有影像部分之最小購買單元為1212平方公里，因此向台灣大學空間資訊研究中心購買該區影像，並盡量使實驗區位於影像中心，再利用CECI提供之控制區塊資料以PCI進行人工量測，分別以PCI及先前設計之程式進行解算。n考量控制區塊資料之影像拍攝日期為93年12月，優先選用拍攝日期相近且覆雲率較低之影像進行實驗，選取之影像為94年1月6日拍攝之影像，該影像之覆雲率為
8、0%，平行軌道視角為16.9163，垂直軌道視角為19.37。以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析實際資料測試2以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析實際資料測試3n點位選取問題點位選取問題n獨棟房屋之屋角點。n屋脊線較窄或是連棟之山形屋。n灰階差異不大之屋角點或屋脊線頂點。n航測標。 n隨機誤差隨機誤差n物空間精度約在0.0050.2公尺之間。 n像空間採用人工量測，在實驗測試後，給定0.25pixel之像點量測誤差。 以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之
9、定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析實際資料測試4以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析實際資料測試5以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析實際資料測試6n實驗成果分析實驗成果分析n固定約制解之成果與其較為相近，推測PCI運算中應未考量控制點之誤差。n使用高階有理函數時定位精度有略為提升的現象，且當h介於0.00020.004時，解算較為穩定，在此部份之實驗成果與PCI有明顯差異，推測PCI在執行時並無在運算過程中加入h值之迭代策略，乃
10、是以單一h值進行解算。n在高階RFM中若始用Stochastic constraint，搭配h值自動迭代累加之運算策略時，由於法方程式遠大於Fixed constraint之情形，因此相對較不穩定，以及在較大之逆矩陣計算需求下，所需之計算時間較長，雖然可略為提升定位精度，但若與PCI解算效率比較，恐無法適用於實際測試。 以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析結論n模擬實驗場仍無法貼近實際影像，且若要加入其他各項因素一併探討，將可能使計算量瞬間提升，增加操作時間，如何在隨機特性與計算效率間取得平衡，乃是模擬器運作時之重要考量。n實
11、際測試由於涵蓋範圍較小，其成果僅為局部實驗之結論，因此目前實際測試之定位精度較模擬實驗高出許多，有待取得更大區域之控制資料後再進行後續評估。n以航照影像之控制區塊作為衛照影像之控制區塊，在人工量測時已遇到部份點位辨識不易之情形，雖實驗測試報導出之像點量測誤差僅有0.25個像元左右，但以屋頂點及屋脊線頂點作為衛星影像之主要控制資料，在量測上仍存有一定之不確定性，因此在完成自動匹配程序之後，應分析是否衛照影像需要與航照影像不同型態之控制區塊。以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析未來工作n衛照影像之雙像或多像之物空間交會定位精度分析
12、。n衛星影像與控制區塊之自動匹配與精度分析。n高雄實驗區與台東實驗區全區資料測試。以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析參考文獻1吳怡瑛，2000。中華二號衛星影像幾何模擬及方位重建，國立中央大學土木工程學研究所碩士論文。杜怡慧，2001。高解析度資源衛星影像在大中比例尺地圖更新之可行性探討，中國文化大學地學研究所地理組碩士論文。陳允麾，2001。含房屋之中華二號衛星影像幾何模擬及改正，國立中央大學土木工程學研究所碩士論文。李茂園，2001。高解析度衛星影像之幾何處理與定位精度分析，國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文。趙鍵哲、
13、林義乾，2004。九十四年度宗倬章先生教育基金會專題研究_高解析度衛星影像定位精度之研究計劃書。蔡文龍，2005。福衛二號影像糾正及誤差探討，國立成功大學測量及空間資訊學系碩士論文。林義乾、趙鍵哲，2005。福衛二號衛星影像定位精度影響因素探討，第二十四屆測量學術研討會論文。 以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析參考文獻2Fraser, C.S. and T. Yamakawa, 2003. Applicability of The Affine Model For IKONOS Image Orientation Over
14、Mountains Terrain, Joint ISPRS/EARSL Workshop on High-Resolution Mapping from Space 2003, Hanover, 6-8 Oct (on CD-ROM).Tao, C.V. and Y. Hu, 2001. A comprehensive study of the rational function model for photogrammetric proceesing, photogrammetric Engineering & Remote sensing, 67(12), pp1347-1357.Tou
15、tin, T. and R. Chenier, 2004. GCP Requirement For High-Resolution Satellite Mapping, ISPRS comm3, Istanbul.Vozikis, G., C. Fraser, and J. Jansa, 2003. Alternative Sensor Orientation Models For High Resolution Satellite Imagery, in: Photogrammetrie - Fernerkundung - Geoinformation: Auf dem Weg zu ope
16、rationellen Prozessketten in Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation, Band 12/Bochum.Yamakawa, T. and C.S. Fraser, 2004. The Affine Projection Model For Sensor Orientation: Experiences With High-Resolution Satellite Imagery, ISPRS comm1, Istanbul.報告結束，請指教。Thanks for your attention!以幾何轉換模式進
17、行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析以幾何轉換模式進行福爾摩莎二號衛星影像之定位精度分析附錄brZmZmYmYmXmXmZfmZfmYfmYfmXfmXfmSamplettitttitttitttitttitttit033330323203131013130121201111221002210022100tZtZZZtYtYYYtXtXXXttt223313303322321320322231131031333231221311301322121120122211111011131211tZmtZmZmtYmtYmYmtXmtXmXmZmYmXmbtZfmtZfmZfmtYfmtYfmYfmtXfmtXfmXfmZfmYfmXfmrtttttttttititittttttttttititit其中 iiiZYXft,or iYft
