IN-ORBIT GEOMETRIC CALIBRATION AND VALIDATION OF ZY-3 LINEAR ARRAY SENSORS

被引:71
|
作者
Zhang, Guo [1 ]
Jiang, Yonghua [1 ]
Li, Deren [1 ]
Huang, Wenchao [1 ]
Pan, Hongbo [1 ]
Tang, Xinming [2 ]
Zhu, Xiaoyong [2 ]
机构
[1] Wuhan Univ, State Key Lab Informat Engn Surveying Mapping & R, Wuhan, Peoples R China
[2] Natl Adm Surveying Mapping & Geoinformat, Satellite Surveying & Mapping Applicat Ctr, Beijing, Peoples R China
来源
PHOTOGRAMMETRIC RECORD | 2014年 / 29卷 / 145期
关键词
block adjustment; CCD alignment calibration; distortion model; exterior orientation; geometric calibration; ZY-3; SUBPIXEL CORRELATION; FLIGHT; DISTORTION; IMAGERY; MODEL;
D O I
10.1111/phor.12052
中图分类号
P9 [自然地理学];
学科分类号
0705 ; 070501 ;
摘要
The ZiYuan-3 surveying satellite (ZY-3), launched on 9th January 2012, is China's first civilian high-resolution stereo mapping satellite. To ensure the mapping accuracy of ZY-3, considerable research has been conducted since its launch on the calibration and validation of its three-line array charge-coupled device (CCD) sensors (TLC sensors). Its dynamic exterior systematic errors (such as camera installation errors) and static interior distortion were eliminated using 1:2000 digital orthophotomaps and digital elevation models (DEMs) of the Dengfeng (Henan) and Tianjin areas of China as control data. Various CCD alignment calibration models were compared, on the basis of their geometric accuracy after calibration, to determine the optimal model. Finally, validation experiments were performed using ZY-3 TLC images and ground control points (GCPs) collected over Anping in Hebei Province, Zhaodong in Heilongjiang Province and the Taihang Mountain area in China. The positioning accuracy attained its theoretical value over the Anping and Zhaodong areas. Using GCPs whose image coordinates were obtained manually, the plan and height accuracy were found to be better than 3m and 2m, respectively. Resume Le satellite d'observation ZiYuan-3 (ZY-3), lance le 9 janvier 2012, est le premier satellite civil chinois dedie a la cartographie stereoscopique a haute resolution. Pour permettre la precision cartographique de ZY-3, d'importantes recherches ont ete conduites depuis son lancement en vue d'etalonner et valider son capteur TLC (capteur a 3 barrettes de detecteurs CCD). Ses erreurs systematiques externes dynamiques (comme le defaut de montage de la camera) et les distorsions internes statiques ont ete eliminees en utilisant comme donnees de controle des ortho-images numeriques et des modeles numeriques d'elevation (MNE) des regions de Dengfeng, Henan et Tianjin, en Chine. Plusieurs modeles d'etalonnage de l'alignement des CCD ont ete compares en termes d'exactitude geometrique apres etalonnage, afin de determiner le modele optimal. Enfin, des experimentations ont ete menees dans un but de validation en utilisant des images TLC de ZY-3 et des points d'appui sur les sites de Anping (province de Hebei), de Zhaodong (province de Heilongjiang) et des monts Taihang, en Chine. L'exactitude de localisation s'est averee comparable aux previsions theoriques sur les sites de Anping et Zhaodong. L'utilisation de points d'appui avec des coordonnees image determinees manuellement permet d'obtenir des exactitudes planimetrique et altimetrique meilleures que 3 et 12m, respectivement. Zusammenfassung Der ZiYuan-3 Vermessungssatellit (ZY-3), der am 9. Januar 2012 gestartet wurde, ist der erste zivile chinesische Satellit fur hochauflosende Kartierung aus Stereobilddaten. Seit dem Start des Satelliten wurden intensive Forschungsaktivitaten unternommen, um die Kalibrierung und Validierung der 3-Zeilenkamera mit CCD Sensoren (TLC) durchzufuhren. Die dynamischen systematischen Fehler der au ss eren Orientierung wurden mittels Digitalen Orthobildkarten im Ma ss stab 1:2000 und Digitalen Gelandemodellen (DEMs) in den Regionen Dengfeng, Henan, and Tianjin in China ermittelt. Verschiedene Kalibrier-Methoden fur die Ausrichtung der CCDs wurden untersucht, um mittels den erzielten geometrischen Genauigkeiten nach der Kalibrierung das optimale Modell zu finden. Die Validierung erfolgte nach der Kalibrierung der ZY-3 TLC Bilder mittels Passpunkten, die im Gebiet Anping in der Hebei Province, in Zhaodong in der Heilongjiang Proviz und im Taihang Gebirge in China bestimmt wurden. Die empirische Lagegenauigkeit erreichte den theoretischen Wert in den Gebieten Anping und Zhaodong. Mit manuell gemessenen Passpunkten in den Bilddaten konnte eine Lage- und Hohengenauigkeit von 3 bzw. 2m erreicht werden. Resumen El ZiYuan3 (ZY-3) es el primer satelite civil de China estereoscopico de alta resolucion lanzado el 9 de Enero de 2012. Para garantizar la precision del ZY-3 se han invertido grandes esfuerzos en la calibracion y validacion de sus tres sensores lineales CCD (charge-coupled devices): sensores TLC. Los errores sistematicos que afectan la orientacion exterior (tales como el error en la instalacion de la camara) y las distorsiones de la orientacion interior se eliminaron usando, como datos de referencia y control, ortofotomapas digitales a escala 1:2000 y modelos de elevacion digitales (MEDs) de las areas Dengfeng, Henan y Tianjin en China. Se comparan diferentes modelos de calibracion de la alineacion de los CCDs basandonos en la precision geometrica tras aplicar la calibracion. Finalmente se han llevado a termino experimentos de validacion usando imagenes del ZY-3 y puntos de control en Anping en la provincia de Hebei, en Zhaodong en la provincia de Heilongjiang y en el area de la montana de Taihang en China. Usando los puntos de control capturados manualmente en las imagenes se han obtenido precisiones en planimetria y altimetria mejores que 3 y 2m respectivamente. ?? ???????????2012?1?9?,?????????????????????????????????,?????????????????????????????????????????????1:2000??????????????(DEM)??????,?????????????????(??????)????????(????)?????????,????????????????????????,????????????????????????????????????????????????????????,??????????????;??????????GPS??????????????,??????3m???????2m?
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