[论文解读] Development of Systematic Image Preprocessing of LAPAN-A3/IPB Multispectral Images

Patria Rachman Hakim, A. Hadi Syafrudin+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2019

Satellite Image Processing and Photogrammetry参考文献 13被引用 9

一句话总结

本文提出了一套针对LAPAN-A3/IPB多光谱卫星图像的系统化预处理流程，利用飞行前校准数据、卫星元数据和图像匹配技术，解决了几何与辐射畸变问题。该方法实现了10%的残余暗角效应、亚3像素的波段共址误差以及3,000米的直接地理参考精度，表明其在实际图像处理中具有中等有效性。

ABSTRACT

As of any other satellite images, LAPAN-A3/IPB multispectral images suffered from both geometric and radiometric distortions which need to be corrected. LAPAN as satellite owner has developed image preprocessing algorithm to process raw image into systematically corrected image. This research aims to evaluate the performance of the developed algorithm, particularly the performance of lens vignetting and band co-registration correction as well as the performance of direct image georeferencing. Lens vignetting distortion occurs on image was corrected by using pre-flight calibration data, while calculation of direct georeferencing was done by using satellite metadata of satellite position and attitude. Meanwhile, band co-registration correction was conducted based entirely on the image being processed using image matching approach. Based on several results and analysis which have been done, lens vignetting effects on image can be suppressed significantly from about 40 percent down to 10 percent, band coregistration error can be reduced to below 2-3 pixels in average, and the calculated direct georeferencing has 3000 meter accuracy. The results show that the developed image preprocessing algorithm has moderately good performance to process LAPAN-A3/IPB multispectral images.

研究动机与目标

• 校正LAPAN-A3/IPB多光谱卫星图像中的几何与辐射畸变。
• 评估利用飞行前校准数据进行镜头暗角校正的性能。
• 评估基于图像匹配方法的波段共址精度。
• 验证仅使用卫星位置与姿态元数据进行直接地理参考的准确性。
• 开发适用于多光谱地球观测数据业务化应用的系统化预处理框架。

提出的方法

• 利用飞行前校准数据进行镜头暗角校正，以减少图像强度非均匀性。
• 基于卫星元数据中的轨道位置与姿态参数，计算直接地理参考。
• 采用直接应用于多光谱图像数据的图像匹配技术完成波段共址。
• 将几何校正、辐射归一化与空间对齐整合为单一工作流的预处理流程。
• 通过在测试图像上对残余畸变与定位精度进行定量分析，评估性能。
• 在实际LAPAN-A3/IPB原始多光谱图像数据上实现并测试该算法。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LAPAN-A3/IPB多光谱图像中，利用飞行前校准数据可将镜头暗角效应降低到何种程度？
• RQ2 在原始多光谱数据上，基于图像匹配方法的波段共址可达到多高的精度？
• RQ3 仅使用卫星元数据进行直接地理参考的定位精度如何？
• RQ4 整体预处理流程在减少系统性畸变方面的表现如何？
• RQ5 在完整应用预处理链后，几何与辐射校正的残余误差是多少？

主要发现

• 利用飞行前校准数据校正后，镜头暗角效应从约40%降低至10%。
• 在测试图像上，波段共址误差平均降低至2–3像素以下。
• 仅使用卫星元数据进行直接地理参考，实现了约3,000米的定位精度。
• 整体预处理算法在纠正几何与辐射畸变方面表现出中等良好的性能。
• 该流程成功生成了系统性校正后的图像，适用于后续地球观测应用。
• 结果证实了仅使用元数据与基于图像的校正技术即可实现完全自动化的预处理链的可行性。