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

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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
研究人員:林義乾 指導教授:趙鍵哲 2005/10/7

2 報告大綱 前言 幾何轉換模式介紹 定位精度模擬器 實際資料測試 結論 未來工作 參考文獻 2005/10/7

3 前言 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、像空間量測精度及幾何轉換模式等變因。 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。 2005/10/7

4 幾何轉換模式介紹~1 2005/10/7

5 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) 2005/10/7

6 數學模式介紹~3 衛照影像幾何轉換模式介紹 三維仿射轉換(3D Affine Transformation)
平行透視投影模式(Parallel Perspective Model, PPM) 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。 2005/10/7

7 數學模式介紹~4 衛照影像物、像關係解算數學模式 2005/10/7

8 定位精度模擬器~1 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 2005/10/7

9 圖4-1－虛擬DEM之點位平面位置及GCP、ICP分布圖
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 2005/10/7

10 定位精度模擬器測試~2 2005/10/7

11 定位精度模擬器測試~3 2005/10/7

12 定位精度模擬器測試~4 成果分析 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。 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。 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是未來研究之重要課題之一。 2005/10/7

13 實際資料測試~1 根據CECI所給之實驗場資料，高雄實驗區涵蓋範圍約1.5×2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12×12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。 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0%，平行軌道視角為 ，垂直軌道視角為19.37。 2005/10/7

14 實際資料測試~2 2005/10/7

15 實際資料測試~3 點位選取問題 隨機誤差 獨棟房屋之屋角點。 屋脊線較窄或是連棟之山形屋。 灰階差異不大之屋角點或屋脊線頂點。 航測標。
物空間精度約在0.005~0.2公尺之間。 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。 2005/10/7

16 實際資料測試~4 2005/10/7

17 實際資料測試~5 2005/10/7

18 實際資料測試~6 實驗成果分析 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。
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0.0002~0.004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，乃是以單一h值進行解算。 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。 2005/10/7

19 結論 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。 實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。 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。 2005/10/7

20 未來工作 衛照影像之雙像或多像之物空間交會定位精度分析。 衛星影像與控制區塊之自動匹配與精度分析。 高雄實驗區與台東實驗區全區資料測試。
2005/10/7

21 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、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。 2005/10/7

22 參考文獻~2 Fraser, C.S. and T. Yamakawa, Applicability of The Affine Model For IKONOS Image Orientation Over 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, A comprehensive study of the rational function model for photogrammetric proceesing, photogrammetric Engineering & Remote sensing, 67(12), pp Toutin, T. and R. Chenier, GCP Requirement For High-Resolution Satellite Mapping, ISPRS comm3, Istanbul. Vozikis, G.., C. Fraser, and J. Jansa, Alternative Sensor Orientation Models For High Resolution Satellite Imagery, in: "Photogrammetrie - Fernerkundung - Geoinformation: Auf dem Weg zu operationellen Prozessketten in Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation", Band 12/Bochum. Yamakawa, T. and C.S. Fraser, The Affine Projection Model For Sensor Orientation: Experiences With High-Resolution Satellite Imagery, ISPRS comm1, Istanbul. 2005/10/7

23 Thanks for your attention!
報告結束，請指教。 Thanks for your attention! 2005/10/7

24 附錄 其中 or 2005/10/7