Geometric accuracy improvement of WorldView‐2 imagery using freely available DEM data. (10th October 2019)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Gašparović, Mateo; Dobrinić, Dino; Medak, Damir
• Is Part Of: Photogrammetric record. Volume 34:Number 167(2019)
• Page Start: 266
• Page End: 281
• Publication Date: 2019-10-10
• Subjects: DEM -- geometric accuracy -- global DEM -- orthorectification -- RPC -- WorldView‐2; Photogrammetry -- Periodicals; 526.982
• DOI: 10.1111/phor.12292
• Languages: English
• ISSNs: 0031-868X

Abstract

Abstract: This paper provides geometric accuracy improvements for very high resolution WorldView‐2 (WV2) Ortho Ready Standard Level‐2A (ORS2A) satellite images in the panchromatic (PAN) band. The entire process can be divided into two steps: (1) sensor orientation, which was conducted on 40 ground control points (GCPs) to determine which sensor model was best depending on various numbers of GCPs; and (2) orthorectification, whose main objective was to compare the accuracy of the process when using different freely available global digital elevation models (DEMs). The research showed that a sensor model based on rational polynomial coefficients (RPCs) with a shift or zero‐order bias correction attained the best geopositioning accuracy during the orientation step with the use of seven GCPs. The highest accuracy was achieved for images orthorectified with the ALOS World 3D‐30 m DEM (AW3D30). Abstract : Geometric accuracy improvements for very high resolution WorldView‐2 ORS2A satellite imagery are developed for two processes: (1) sensor orientation, which investigated which sensor model was best by varying the number of ground control points (GCPs); and (2) orthorectification, to compare the accuracy when using three different freely available global digital elevation models (DEMs). The research showed that the best geopositioning accuracy was attained using zero‐order rational polynomial coefficients (RPCs) using seven GCPs, combined with the ALOS World 3D‐30 m DEM (AW3D30). Résumé: Cet article propose des améliorations de la qualité géométrique d'images panchromatiques à très haute résolution de niveau ORS2A (Ortho Ready Standard Level‐2A) du satellite WorldView‐2 (WV2). L'ensemble du processus peut se diviser en deux étapes: (1) orientation du capteur, effectuée à partir de 40 points d'appui permettant d'identifier le meilleur modèle de capteur pour différents nombres de points d'appui; et (2) orthorectification, dont le principal objectif était de comparer les précisions obtenues en utilisant différents MNE (modèles numériques d'élévation) en libre accès. Cette recherche a montré qu'un modèle de capteur basé sur les coefficients polynomiaux rationnels (RPCs) avec la correction d'un biais constant permettait d'atteindre la meilleure précision de localisation lors de la phase d'orientation en utilisant sept points d'appui. La précision la plus élevée est obtenue lorsque les images sont orthorectifiées avec le MNE ALOS World 3D‐30 m (AW3D30). Zusammenfassung: Dieser Beitrag stellt einen Prozess zur Verbesserung der geometrischen Genauigkeit für sehr hochauflösende WorldView‐2 (WV2) „Ortho Ready Standard Level‐2A (ORS2A)" Satellitenbilddaten im panchromatischen Band (PAN) vor. Der Gesamtprozess lässt sich in zwei Schritte unterteilen: (1) die Sensororientierung, die mit bis zu 40 Passpunkten (GCPs) durchgeführt wurde, um zu bestimmen welches Sensormodell in Abhängigkeit vor der Passpunktanzahl am besten war, und Schritt (2) die Orthorektifizierung, die vor allem dazu genutzt wurde, die geometrische Genauigkeit in Abhängigkeit von frei verfügbaren, globalen Digitalen Höhenmodellen (DEMs) zu prüfen. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Sensormodell basierend auf Rationalen Polynomkoeffizienten (RCPs) mit einer Verschiebung oder einer Bias Korrektur 0. Ordnung die beste Positioniergenauigkeit mit sieben Passpunkten für die Orientierung ergab. Die höchste Genauigkeit wurde für die orthorektifizierten Bilder auf Grundlage des ALOS World 3D‐30m DEM (AW3D30) erzielt. Resumen: En el artículo se presentan mejoras en la precisión geométrica para las imágenes satelitales WorldView‐2 (WV2) Ortho Ready Standard‐2A (ORS2A) de muy alta resolución en la banda pancromática (PAN). El proceso completo se divide en dos pasos: (1) orientación del sensor, llevado a cabo con 40 puntos de control (GCP) para determinar qué modelo de sensor es el mejor dependiendo del número de GCP usados; y (2) ortorectificación, cuyo objetivo principal es comparar la precisión del proceso dependiendo del modelo de elevación digital global y gratuito (DEM) usado. La investigación ha mostrado que un modelo de sensor basado en coeficientes de polinomios racionales (RPC) con un desplazamiento o corrección de orden cero es el que alcanza la mayor precisión en la orientación con el uso de siete GPC. La mayor precisión de la imagen ortorectificada se ha logrado usando el DEM ALOS World 3D‐30 m (AW3D30). 摘要: 本文针对高分辨率卫星WorldView‐2(WV2)Level‐2A(ORS2A)标准的全色(PAN)波段影像, 提出改进其几何精度的方法。整个过程可分为两个步骤:(1)传感器外定向, 利用40个地面控制点(GCP), 找出使用不同数量的GCP与传感器模型的最佳组合;(2)正射校正, 主要目的是比较使用不同的全球数字高程模型(DEM)进行正射校正结果的准确性。研究显示, 采用有理多项式系数(RPC), 配合平移或零阶偏差校正的传感器模型, 使用七个GCP, 获得了最佳的定位精度。而ALOS World 3D‐30 m DEM(AW3D30)则在影像正射校正中, 获得最高精度。