Geometric Stitching Processing of GF5A-WTI Ultra-Width Whiskbroom Sequence Images

DAI Rongfan; WANG Mi; CHEN Ru; JIN Shuying

doi:10.13203/j.whugis20240073

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Geometric Stitching Processing of GF5A-WTI Ultra-Width Whiskbroom Sequence Images

Photogrammetry and Remote Sensing | 更新时间：2026-11-05

- Geometric Stitching Processing of GF5A-WTI Ultra-Width Whiskbroom Sequence Images
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 4, Pages: 767-781(2025)
- 作者机构：
  
  1.武汉大学国家网络安全学院,湖北武汉，430079
  2.武汉大学测绘遥感信息工程全国重点实验室,湖北武汉，430079
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20240073
  CLC： P237
- Received：05 March 2024，
  
  Published：05 April 2025
- 稿件说明：
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戴荣凡,王密,陈儒，等.GF5A-WTI超大幅宽摆扫序列影像物方几何拼接处理研究[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(4):767-781.

DAI Rongfan,WANG Mi,CHEN Ru,et al.Geometric Stitching Processing of GF5A-WTI Ultra-Width Whiskbroom Sequence Images[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(4):767-781.
戴荣凡,王密,陈儒，等.GF5A-WTI超大幅宽摆扫序列影像物方几何拼接处理研究[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(4):767-781. DOI：10.13203/j.whugis20240073

DAI Rongfan,WANG Mi,CHEN Ru,et al.Geometric Stitching Processing of GF5A-WTI Ultra-Width Whiskbroom Sequence Images[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(4):767-781. DOI：10.13203/j.whugis20240073

摘要

高分五号01A卫星(GF5A)宽幅热红外成像仪(wide-swath thermal infrared imager

WTI)通过对地线阵摆扫进行大范围观测成像，分辨率为100 m，幅宽达1 500 km。GF5A-WTI在大范围摆扫过程中依次经历大倾角侧视成像-垂直对地成像-大倾角侧视成像，造成不同扫描行成像时的观测视角与成像物距均不相同且变化范围较大，使得原始影像存在变分辨率与大畸变的特点

导致了相邻帧影像存在复杂的重叠关系，在影像边缘两侧重叠大、中心区域重叠小甚至无重叠，这使得传统有理函数模型和图像拼接方法难以适用于GF5A-WTI超大幅宽摆扫影像处理。因此，提出了一种适用于超大幅宽摆扫序列影像的物方几何拼接方法。该方法通过像点加密地理查找表的直接法校正过程精准恢复了原始影像与目标影像的像点准确对应关系。对于序列影像的拼接处理，建立了物方拼接虚拟面模型，逐帧计算原始影像空间范围、星下点空间分辨率和起始地理空间坐标，并通过灰度重采样将多帧原始影像直接投影至虚拟拼接平面上，从而实现了超大幅宽摆扫影像的物方几何拼接处理。实验结果表明，所提方法处理的GF5A-WTI 影像产品帧间拼接精度优于0.6个像素，内部几何精度优于1.5个像素，满足了高质量大区域成图需要，并被成功应用于GF5A-WTI业务化处理系统。

Abstract

Objectives

The Wide-swath thermal infrared imager (WTI) of the Gaofen-5A satellite (GF5A) can obtain ultra-width images with the width of 1 500 km and the spatial resolution of 100 m by performing whiskbroom imaging. During the imaging process

it undergoes large-angle side-view imaging

imaging-vertical ground imaging

and large-angle side-view imaging in sequence

resulting in different observation angles and imaging object distances during different scanning rows

with a large range of variation

making the original image characterized by variable resolution and large distortion. This makes traditional correction models and image stitching methods difficult to apply to GF5A-WTI processing.

Methods

To address these issues

we propose an object-space geometric stitching method for ultra-width whiskbroom sequence images. First

for the complex light transmission during the imaging process

an accurate mapping from image-plane coordinates to object-space coordinates is achieved by constructing a physical strict imaging model for the line-array wiskbroom system. Then

an navigation lookup table is constructed to determine the accurate correspondence between corrected image points and original image points. Finally

for the stitching of sequence images

an object-space stitching virtual plane model is established

where the spatial range

spatial resolution of the sub-satellite point

and starting geographic spatial coordinates of the original images are calculated frame by frame. Multiple frames of original images are then directly projected into the virtual stitching plane through grayscale resampling.

Results

After the object-space geometric stitching process

the effective-area pixels of the output image are all covered by grayscale values

eliminating the issues of variable resolution and large distortion in the images. Simultaneously

seamless stitching is achieved in the complex overlapping areas between frames.

Conclusions

The stitching accuracy of GF5A-WTI image products using the proposed method is better than 0.6 pixel

and the internal geometric accuracy is better than 1.5 pixel

meeting the needs of high-quality large-area mapping and successfully applied to the GF5A-WTI operational processing system.

关键词

Keywords

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