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In‐orbit geometric calibration and validation of ZY‐3 three‐line cameras based on CCD‐detector look angles
A simple and feasible orientation method for the three‐line cameras of the ZiYuan‐3 ( ZY ‐3) satellite is introduced. The method calibrates the CCD ‐detector look angles in the attitude determination reference ( ADR ) coordinate system rather than modifying the laboratory‐calibrated orientation parameters, which are not necessary for the geometric calibration. Additionally, the unknown parameters of the model are virtually uncorrelated. Experimental results show that the direct georeferencing accuracy of ZY ‐3 nadir images have been improved from the kilometre level to better than 9 m in planimetry, and that of the forward‐and‐backward stereopair was also raised to better than 18 m in plan and 4 m in height. After a bundle adjustment using four ground control points, a higher accuracy of about 3·4 m in plan and 1·6 m in height was achieved. Cet article présente une méthode simple à mettre en oeuvre pour l'orientation des caméras à trois barrettes du satellite ZiYuan‐3 ( ZY ‐3). La méthode consiste à étalonner les angles de visée des détecteurs CCD dans le repère de détermination d'attitude au lieu de modifier les paramètres d'orientation déterminés en laboratoire, qui ne sont pas nécessaires pour l’étalonnage géométrique. En outre, les inconnues du modèle sont virtuellement décorrélées. Les résultats expérimentaux montrent que la précision de géoréférencement direct des images ZY ‐3 prises en visée verticale est améliorée d'un ordre de grandeur kilométrique à mieux que 9 m en planimétrie, et que celle des couples stéréoscopiques avant‐arrière atteint mieux que 18 m en planimétrie et 4 m en altimétrie. Après une compensation par faisceaux utilisant quatre points d'appui, la précision est encore améliorée et atteint 3,4 m en planimétrie et 1,6 m en altimétrie. Dieser Beitrag stellt eine einfache und praktikable Orientierungsmethode für die Dreizeilenkameras des ZiYuan‐3 ( ZY ‐3) Satelliten vor. Diese Methode kalibriert die Aufnahmerichtungen der CCD ‐Detektoren in dem Referenzkoordinatensystem ( ADR ) der Neigungsbestimmung, anstatt die Parameter der Laborkalibrierung zu modifizieren, die für die geometrische Kalibrierung nicht notwendig sind. Zusätzlich sind die unbekannten Parameter des Models praktisch unkorreliert. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Genauigkeit der direkten Georeferenzierung der Nadirbilder des ZY ‐3 Satelliten sich vom km Niveau auf besser als 9 m in der Lage gesteigert hat, und die Genauigkeit des Stereopaares aus vorwärts und rückwärts Blick sich auf unter 18 m in der Lage und 4 m in der Höhe verbessert hat. Nach einer Bündelausgleichung mit vier Passpunkten konnte eine noch höhere Genauigkeit von ca. 3·4 m in der Lage und 1·6 m in der Höhe erzielt werden. Se introduce un método simple y asequible de orientación para el satélite tri‐linear ZiYuan‐3 ( ZY ‐3). El método calibra los ángulos de apuntamiento de los detectores CCD en el sistema de referencia de actitud ( ADR ) en lugar de modificar los parámetros de orientación medidos en laboratorio, los cuales no son necesarios para la calibración geométrica del satélite. Además, los parámetros desconocidos del modelo están prácticamente libres de correlación. Los resultados experimentales demuestran que la precisión de la georeferenciación directa de las imágenes del nadir del ZY ‐3 han mejorado de nivel kilométrico a niveles mejores que 9 m en planimetría, y que en el caso estéreo de los puntos de vista anterior i posterior también ha alcanzado niveles mejores que los 18 m en planimetría y 4 m en altimetría. Una vez realizado un ajuste de haces con cuatro puntos de control, se alcanzan precisiones mayores: 3·4 m en planimetría y 1·6 m en altimetría . 提出了一种简单 、可行的资源三号卫星三线阵相机几何定位方法。该方法在姿态测量参考坐标系下对 CCD 探元指向角进行几何检校,而无需重新计算实验室检校获得的定位参数。而且,在几何检校过程中,实验室检校参数并非必需的,检校模型的未知数之间也不存在相关性。实验结果表明,资源三号下视影像直接定位的平面精度由公里级提高到了优于9米,前后视立体像对的平面与高程定位精度也分别提高到了优于18米和4米。利用4个地面控制点进行光束法平差后,可获得的平面精度约3·4米、高程精度约1·6米。
In‐orbit geometric calibration and validation of ZY‐3 three‐line cameras based on CCD‐detector look angles
A simple and feasible orientation method for the three‐line cameras of the ZiYuan‐3 ( ZY ‐3) satellite is introduced. The method calibrates the CCD ‐detector look angles in the attitude determination reference ( ADR ) coordinate system rather than modifying the laboratory‐calibrated orientation parameters, which are not necessary for the geometric calibration. Additionally, the unknown parameters of the model are virtually uncorrelated. Experimental results show that the direct georeferencing accuracy of ZY ‐3 nadir images have been improved from the kilometre level to better than 9 m in planimetry, and that of the forward‐and‐backward stereopair was also raised to better than 18 m in plan and 4 m in height. After a bundle adjustment using four ground control points, a higher accuracy of about 3·4 m in plan and 1·6 m in height was achieved. Cet article présente une méthode simple à mettre en oeuvre pour l'orientation des caméras à trois barrettes du satellite ZiYuan‐3 ( ZY ‐3). La méthode consiste à étalonner les angles de visée des détecteurs CCD dans le repère de détermination d'attitude au lieu de modifier les paramètres d'orientation déterminés en laboratoire, qui ne sont pas nécessaires pour l’étalonnage géométrique. En outre, les inconnues du modèle sont virtuellement décorrélées. Les résultats expérimentaux montrent que la précision de géoréférencement direct des images ZY ‐3 prises en visée verticale est améliorée d'un ordre de grandeur kilométrique à mieux que 9 m en planimétrie, et que celle des couples stéréoscopiques avant‐arrière atteint mieux que 18 m en planimétrie et 4 m en altimétrie. Après une compensation par faisceaux utilisant quatre points d'appui, la précision est encore améliorée et atteint 3,4 m en planimétrie et 1,6 m en altimétrie. Dieser Beitrag stellt eine einfache und praktikable Orientierungsmethode für die Dreizeilenkameras des ZiYuan‐3 ( ZY ‐3) Satelliten vor. Diese Methode kalibriert die Aufnahmerichtungen der CCD ‐Detektoren in dem Referenzkoordinatensystem ( ADR ) der Neigungsbestimmung, anstatt die Parameter der Laborkalibrierung zu modifizieren, die für die geometrische Kalibrierung nicht notwendig sind. Zusätzlich sind die unbekannten Parameter des Models praktisch unkorreliert. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Genauigkeit der direkten Georeferenzierung der Nadirbilder des ZY ‐3 Satelliten sich vom km Niveau auf besser als 9 m in der Lage gesteigert hat, und die Genauigkeit des Stereopaares aus vorwärts und rückwärts Blick sich auf unter 18 m in der Lage und 4 m in der Höhe verbessert hat. Nach einer Bündelausgleichung mit vier Passpunkten konnte eine noch höhere Genauigkeit von ca. 3·4 m in der Lage und 1·6 m in der Höhe erzielt werden. Se introduce un método simple y asequible de orientación para el satélite tri‐linear ZiYuan‐3 ( ZY ‐3). El método calibra los ángulos de apuntamiento de los detectores CCD en el sistema de referencia de actitud ( ADR ) en lugar de modificar los parámetros de orientación medidos en laboratorio, los cuales no son necesarios para la calibración geométrica del satélite. Además, los parámetros desconocidos del modelo están prácticamente libres de correlación. Los resultados experimentales demuestran que la precisión de la georeferenciación directa de las imágenes del nadir del ZY ‐3 han mejorado de nivel kilométrico a niveles mejores que 9 m en planimetría, y que en el caso estéreo de los puntos de vista anterior i posterior también ha alcanzado niveles mejores que los 18 m en planimetría y 4 m en altimetría. Una vez realizado un ajuste de haces con cuatro puntos de control, se alcanzan precisiones mayores: 3·4 m en planimetría y 1·6 m en altimetría . 提出了一种简单 、可行的资源三号卫星三线阵相机几何定位方法。该方法在姿态测量参考坐标系下对 CCD 探元指向角进行几何检校,而无需重新计算实验室检校获得的定位参数。而且,在几何检校过程中,实验室检校参数并非必需的,检校模型的未知数之间也不存在相关性。实验结果表明,资源三号下视影像直接定位的平面精度由公里级提高到了优于9米,前后视立体像对的平面与高程定位精度也分别提高到了优于18米和4米。利用4个地面控制点进行光束法平差后,可获得的平面精度约3·4米、高程精度约1·6米。
In‐orbit geometric calibration and validation of ZY‐3 three‐line cameras based on CCD‐detector look angles
Cao, Jinshan (author) / Yuan, Xiuxiao / Gong, Jianya
2015
Article (Journal)
English
Geometric Calibration of Ziyuan-3 Three-Line Cameras Using Ground Control Lines
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