ISO 19159- 1:2014是关于遥感影像传感器校准和验证的第一部分，专门针对光学传感器。这一技术规范由ISO/TC 211发布，旨在定义光学遥感传感器的校准程序的服务元数据，以及相关的数据类型和代码列表。
ISO/TS 19159- 1:2014的不同部分指定了遥感影像传感器校准的服务和数据要求，以及校准信息和程序的验证，它们不涉及数据和衍生产品的验证。
ISO 19159- 1:2014在七个一致性类别中指定服务和/或数据一致性：
- 项目(Project)
- 光学传感器：几何(OpticsSensor: Geometry)
- 光学传感器：辐射度量(OpticsSensor: Radiometry)
- 光学校准设施：几何(OpticsCalibrationFacility: Geometry)
- 光学校准设施：辐射度量(OpticsCalibrationFacility: Radiometry)
- 光学验证(OpticsValidation)
- 文档(Documentation)
服务一致性要求项目、传感器、校准设施和验证分别使用适当的服务接口。
测试一致性要求相关的服务接口文档将与指定的服务接口要求进行验证。
数据一致性要求适当的应用类来表达关于项目、传感器、校准设施、验证和文档的信息。测试一致性时，应用模式文档将与ISO 19159- 1:2014中指定的要求进行验证。
ISO/TS 19159- 1:2014还涉及了与校准和验证相关的元数据，这些元数据在其他ISO地理信息标准中没有定义。所指的特定传感器包括框式相机和线式相机类型的光学传感器（2D CCD扫描仪），以及记录红外光谱电磁辐射的传感器，如热像仪、多光谱和高光谱相机。
此外，ISO 19159- 1:2014与以下标准相关：
ISO 19115- 2:2009，地理信息 - 元数据 - 第2部分：影像和网格数据的扩展
ISO/TS 19130:2010，地理信息 - 用于地理定位的影像传感器模型
ISO 19123:2005，地理信息 - 覆盖几何和函数模式
这些标准共同为遥感影像传感器的校准和验证提供了一个全面的框架，确保了地理数据集的质量，并促进了地理信息的共享和利用。
第六章内容
第六章专注于讨论光学校准（Optics Calibration）的过程和要素。这一章节被细分为多个子部分，每个子部分详细阐述了光学校准过程中的不同方面。以下是对整个第六章内容的概况归纳：
6.1 节介绍了光学校准的概况，包括项目（Project）的一般性描述，以及 ISO 19159 系列标准的结构。这一部分标准化了遥感影像传感器的校准和校准信息的验证，特别关注光学传感器，例如机载和星载相机。
6.2 节详细讨论了光学校准的几何方面，包括传感器系统的内部取向（InteriorOrientation）和几何预校正（GeometricPreCorrection），以及辅助设备如全球导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）的使用。
6.3 节涉及了光学校准的辐射度量方面，包括辐射度量校准的实验室（RadiometryLaboratory）和飞行（RadiometryInFlight）环境，以及相关的辐射度量测试范围（RadiometryTestRange）和平面反射靶（2D ReflectanceTarget）。
6.4 节描述了光学校准设施的几何部分，包括校准实验室（Laboratory）和飞行校准（InFlight）的详细信息，以及测试场地（TestRange）和几何目标（GeometricTarget）的详细描述。
6.5 节讨论了光学校准设施的辐射度量部分，包括实验室和飞行环境下的辐射度量校准设备，以及用于辐射度量校准的不同类型的目标。
6.6 节介绍了光学校准验证（OpticsValidation），这是确保传感器校准过程有效性的重要步骤。这一节包括了几何校准验证（GeometryValidation）和辐射度量校准验证（RadiometryValidation）的方法和时间。
整个第六章为遥感传感器的光学校准提供了一个全面的指导，涵盖了从几何校准、辐射度量校准到校准验证的各个方面。
Figure 1
Fig 1 描述了 ISO 19159 系列标准的包图（package diagram），这个图展示了 ISO 19159 在发布时所预期包含的所有部分。这个标准的目的是规范遥感影像传感器的校准和验证过程，特别是针对光学传感器，包括机载和星载相机。Fig 1 中提到的各类及其简要说明：
- CalibrationValidation: 这个包（package）代表了 ISO 19159 标准的最顶层，它包含了与校准和验证相关的基本信息。
- OpticsSensor: 这个包及其子包涵盖了 ISO 19159 这一部分的内容，专注于光学传感器的校准和验证。
- LIDAR: 这个包代表了一个预期的附加部分，专门针对激光雷达（Light Detection and Ranging）传感器的校准和验证。
- RADAR: 类似于 LIDAR，这个包代表了一个预期的附加部分，专注于雷达（Radio Detection and Ranging）传感器的校准和验证。
- SONAR: 这个包也是一个预期的附加部分，涉及声纳（Sound Navigation and Ranging）传感器的校准和验证。
Figure 2
Fig 2 展示了 ISO 19159 标准的顶层类图（top- level class diagram），这个图揭示了整个 ISO 19159 系列标准的结构和组成部分。Fig 2 中提到的各类及其简要说明：
- CA_CalibrationValidation: 这个类代表了一个遥感传感器校准和验证的实体，包含了描述校准过程的特征属性，例如校准类型（calibrationType）和相关的代码列表（CA_CalibrationType）。
- CA_PhotoFlight: 这个类包含了与摄影飞行相关的所有信息，这些信息用于从校准结果中派生。它包括摄影飞行的数量、照片比例、飞行高度、地形高度、沿条带重叠和跨条带重叠等属性。
- CA_Radiation: 这个类提供了描述校准过程中辐射环境所必需的信息，包括太阳天顶角、太阳方位角、大气条件、大气模型、BRDF（双向反射率分布函数）模型类型、太阳入射角和太阳辐照度等属性。
- CA_Target: 这个类包含了在校准过程中使用的靶标的所有必要信息，例如设备、靶标倾角、靶标方位角、靶标高度、天空视因子、视域、靶标环境、靶标可访问性、靶标稳定性、太阳到靶标的辐射传输率、靶标到卫星的辐射传输率、大气顶层的太阳辐射和卫星接收的辐射量等属性。
Figure 3
Fig 3 展示了针对光学传感器的校准（this part of ISO 19159）的顶层类图。这个类图详细描述了光学传感器校准的各个方面，包括几何校准、辐射度量校准、校准设施和验证等。
- CA_OpticalSensors: 这是光学传感器校准的顶层类，包含了光学传感器校准的所有子类和属性。它细分为五个子类，分别对应于不同的校准方面。
- CA_OpticsSensorGeometry: 这个子类包含了所有与传感器几何校准相关的信息。它的下属类 InteriorOrientation 包含了描述光学传感器几何的所有参数，这部分 ISO 19159 提供了对畸变模型的广泛方法。
- CA_OpticsSensorRadiometry: 这个子类包含了所有与传感器相关的参数，这些参数表征了传感器的光谱性能，并且对于从记录的数字（DN）到孔径辐射度的控制传输以及（如果大气足够已知）到物体辐射度的转换至关重要。
- CA_OpticsFacilityGeometry: 这个子类包含了所有与校准实验室及其设备和测试场地相关的数据。这些测试场地可能是实验室的一部分，也可能位于实验室外部。
- CA_OpticsFacilityRadiometry: 这个子类包含了所有与实验室设备和测试场地安装相关的数据。
- CA_OpticsValidation: 这个子类涵盖了执行几何和辐射度传感器校准验证的参数。
- CA_CalibrationType: 这个代码列表指定了七种校准类型：实验室、测试范围、现场、机载、间接、交叉和其他。这个代码列表是类 CA_CalibrationValidation 的数据类型。
Figure 4
Fig 4 描述了光学传感器（OpticsSensor）的几何校准相关的类图。这个类图详细阐述了与传感器几何校准相关的各个类及其属性和关系。以下是 Fig 4 中提到的各类及其简要说明：
- CA_OpticsSensorGeometry: 这个类包含了所有适用于整个几何校准的信息。它定义了校准日期和校准类型等属性。
- CA_InteriorOrientation: 这个类包含了适用于传感器系统和辅助设备（如GNSS和IMU）的所有信息。它包括同步时间、同步误差、参考温度等属性。
- CA_SensorSystem: 这个类定义了一个多头传感器系统的详细信息。它包括相对位置、相对姿态、拼接残差和操作温度等属性。
- CA_Optics: 这个类提供了 ISO/TS 19130 中 SD.Optics 类未定义的光学传感器系统（相机）的所有必要信息。它包括相机头描述、可用光谱通道描述等属性。
- CA_GeometricPreCorrection: 这个类包含了从原始数据状态到第一原始状态处理过程中图像数据的几何预校正的所有信息。它包括多项式度数、多项式系数、重采样日期等属性。
- CA_AuxiliaryDevice: 这个类是 CA_GNSS 和 CA_IMU 的超类，代表了用于测量移动平台（如飞机）的位置和姿态的辅助设备。
- CA_GNSS: 这个类包含了与校准相关的卫星导航的所有信息。它提供了卫星数量、注册周期等属性。
- CA_IMU: 这个类包含了与校准相关的惯性测量单元（IMU）的所有信息。它提供了陀螺仪角度、数据率、姿态精度等属性。
Figure 5
Fig 5 展示了与光学传感器系统中的畸变相关的类图。这个类图详细描述了畸变模型及其在ISO 19159标准中的表示。以下是 Fig 5 中提到的各类及其简要说明：
- SD_Distortion: 这是一个定义在 ISO/TS 19130 中的类，它提供了关于畸变中心点（princPointOfSymmetry）和其位置质量（qualityOfPrincPointOfSymmetry）的信息。这个类是畸变模型的超类，包括了多种畸变模型的类型。
- SD_DistortionTable: 这个类提供了以表格形式描述的畸变信息。它包括了畸变表的行数和列数，以及表格中每个单元格对应的图像列号和行号（xOffset 和 yOffset），以及每个表格列和行对应的图像中的列数和行数（xSpacing 和 ySpacing）。
- SD_DistortionPolynomial: 这个类使用多项式来描述畸变。它包括了描述去中心畸变（polynomialDecentering）和径向对称畸变（polynomialRadial）的多项式，以及这些多项式的系数质量（qualityOfPolynomialRadial 和 qualityOfPolynomialDecentering）。
- CA_DistortionPolynomial: 这个类包含了 ISO/TS 19130 中 SD_DistortionPolynomial 类未定义的多项式畸变模型的所有信息。它包括了多项式的度数（polynomialDegree）和系数（polynomialCoefficients）。
- CA_Distortion: 这个类包含了 ISO/TS 19130 未涵盖的光学相机几何校准所需的所有畸变信息。它包括了多种畸变模型，如 Brown 模型、Fraser 模型、SMAC 模型、Ebner 模型和 Jacobsen 模型。
Figure 6
Fig 6 展示了光学传感器（OpticsSensor）辐射度量校准的类图。这个类图详细描述了与传感器辐射度量校准相关的各个类及其属性和关系。以下是 Fig 6 中提到的各类及其简要说明：
- CA_OpticsSensorRadiometry: 这个类是辐射度量校准的顶层类，它是 CA_RadiologyOffSensor 和 CA_RadiometryInSensor 的超类，提供了辐射度量记录的最一般类。
- CA_RadiometryOffSensor: 这个类包含了所有与传感器外部影响相关的信息，例如大气模型和辐射度量信息的传递方法。
- CA_RadiometryInSensor: 这个类是 CA_OptoElectronicSystem 和 CA_OpticalFilters 的超类，涵盖了与传感器内部相关的辐射度量信息。
- CA_OptoElectronicSystem: 这个类包含了对光电系统进行辐射度量校准所需的所有信息，例如传感器头的数量。
- CA_SensorMeasurement: 这个类包含了所有关于测量方法的信息，用于确定校准参数，例如调制传递函数（MTF）和点扩散函数（PSF）。
- CA_SensorPostProcessing: 这个类包含了所有关于图像后处理中图像修改的信息，例如颜色变换和伽马校正。
- CA_RadiometryPreCorrection: 这个类包含了从原始数据状态到第一原始状态处理过程中图像数据的辐射度量预校正的所有信息。
- CA_OpticalFilters: 这个类包含了所有关于光学滤镜的信息，例如滤镜的光谱特性。
- CA_SensorCharacteristics: 这个类包含了传感器的所有识别信息，例如传感器的标识和通道信息。
- CA_SensorParameters: 这个类包含了表征传感器成像性能的所有信息，例如点扩散函数（PSF）、光圈数、采样模式和光谱响应。
- CA_SensorQualityEvaluation: 这个类包含了关于传感器辐射度量质量的所有信息，例如线性度、绝对光谱误差和相对光谱误差。
- CA_SensorDefects: 这个类包含了关于传感器缺陷的所有信息，例如颜色偏差、杂散光和残留偏振
Figure 8
描述了与传感器特性相关的类和属性。以下是对这些内容的梳理：
- CA_SensorCharacteristics: 这个类包含了传感器的所有识别信息，包括：
- sensorIdentification: 用于识别传感器的属性。
- cameraHead: 指定信息所适用的相机或传感器头。
- channel: 指定信息所适用的通道。
- CA_SensorParameters: 描述了传感器成像性能的特征，包括：
- pointSpreadFunction: 传感器的点扩散函数（PSF）。
- fNumberDenominator: 传感器光圈的分母部分。
- samplingPattern: 描述采样点空间分布的属性。
- spectralResponse: 传感器的光谱响应特性。
- CA_SensorQualityEvaluation: 包含有关传感器辐射度量质量的信息，例如：
- linearity: 描述传感器的光谱响应曲线。
- absoluteSpectralError: 描述在相同传感器外部条件下两次辐射度量测量之间的差异。
- relativeSpectralError: 描述两次辐射度量测量之间的差异与总灰度值的比率。
- dynamicRange: 传感器可区分的灰度值范围。
- spectralSensitivity: 传感器的光谱敏感性。
- signalToNoiseRatio: 描述传感器噪声的属性。
- illuminationLevel: 定义信号噪声比有效的照明水平。
- modulationTransferFunction: 描述传感器的调制传递函数（MTF）。
- polarization: 描述传感器的偏振特性。
- radiometricDynamics: 描述传感器可区分的灰度值数量。
- antiBlooming: 指示传感器是否配备了防溢出技术。
- CA_SensorDefects: 包含有关传感器缺陷的信息，例如：
- colourAberration: 描述颜色通道配准的几何偏差。
- strayLight: 描述传感器杂散光的数量。
- residualPolarization: 描述未补偿的偏振部分。
- smile: 描述光学系统的笑脸畸变。
- keystoneEffect: 描述梯形畸变效应的存在。
Figure 9
该类图涉及了与探测器（Detector）相关的详细信息，这些信息对于理解和校准遥感传感器的辐射度量特性至关重要。以下是对这些内容的梳理：
- CA_Detector: 这个类包含了识别探测器所需的所有信息。它可能包含以下属性：
- detectorIdentification: 用于唯一标识探测器的属性，数据类型为 MD_Identification。
- CA_ElectronicCell: 这个类包含了与探测器元素或探测器阵列相关的辐射度量校准信息。它可能包含以下属性：
- sensitivity: 描述单个探测器元素相对于激活的响应，数据类型为 CharacterString。
- pixelResponseNonUniformity (PRNU): 描述探测器阵列中探测器响应的不均匀性，数据类型为 CharacterString。
- darkSignalNonUniformity (DSNU): 描述在没有可见光或红外光存在时探测器元素的响应，通常由探测器的缺陷引起，数据类型为 CharacterString。
- CA_DetectorOptics: 这个类包含了描述探测器光学特性所需的所有信息。可能包含以下属性：
- lightFalloff: 描述由于镜头缺陷导致探测器元素向探测器阵列边缘/末端的激活减少，也称为渐晕现象，数据类型为 CharacterString。
- CA_DetectorDemands: 这个类包含了校准过程中发现的质量参数的阈值。这些阈值被定义为校准过程的质量度量。可能包含以下属性：
- maximumAllowedDefectPixels: 定义在整个传感器上允许的最大缺陷像素数量，数据类型为 Integer。
- maximumAllowedDefectPixelsDoubleColumn: 定义在一对列上允许的最大缺陷像素数量，数据类型为 Integer。
- maximumAllowedDefectPixelsSingleColumn: 定义在单列上允许的最大缺陷像素数量，数据类型为 Integer。
- CA_DefectPixels: 这个类是一个数据类型，用于定义缺陷（响应不正确）像素的行和列。数据类型为 Integer。
- CA_ErrorType: 这个类是一个代码列表，包含了标准偏差、均方根误差等错误类型的代码
Figure 10
Fig 10 描述了与光学校准设施几何部分（OpticsCalibrationFacility, Geometry）相关的类图。这个类图涉及了与校准实验室和飞行校准相关的详细信息。以下是对这些内容的梳理：
- CA_OpticsFacilityGeometry: 这是一个抽象类，作为所有与几何校准设施相关的类的超类。它可能包含用于描述校准设施的通用属性和方法。
- CA_InFlight: 这个类作为 CA_GeometricTarget 和 CA_TestRange 的超类，代表了与飞行校准相关的信息。由于它是抽象的，可能不包含具体的属性，而是作为组织其他类的框架。
- CA_GeometricTarget: 这个类包含了关于校准目标的所有信息。它可能包含以下属性：
- size: 目标尺寸的描述，数据类型为 Length。
- description: 目标的自由文本描述，数据类型为 CharacterString。
- type: 目标类型，根据 CA_GeometricTargetType 类型定义的代码列表。
- material: 目标表面材质的描述，数据类型为 CA_RadiometricTargetMaterial。
- paintType: 油漆类型的描述，数据类型为 CharacterString。
- reflectanceProperties: 反射特性的描述，数据类型为 CharacterString。
- CA_Siemensstar: 这个类专门描述了西门子星形（Siemens star）目标的信息。它可能包含以下属性：
- diameter: 星形目标的直径，数据类型为 Length。
- sector: 星形目标中每个扇区的角宽度，数据类型为 Angle。
- numberOfBarsInSector: 每个扇区中的条带数量，数据类型为 Integer。
- CA_AirforcePattern: 这个类描述了空军模式目标的信息。它可能包含以下属性：
- minimumBarWidth 和 maximumBarWidth: 目标条带的最小和最大宽度，数据类型为 Length。
- numberOfBarsInBox: 一个盒子中条带的数量，数据类型为 Integer。
- numberOfBoxes: 盒子的总数，数据类型为 Integer。
- CA_TestRange: 这个类包含了关于整个测试范围有效的信息。它可能包含以下属性：
- controlPoint 和 checkpoint: 控制点和检查点的位置，数据类型为 DirectPosition。
- numberControlPoints 和 numberCheckPoints: 控制点和检查点的数量，数据类型为 Integer。
- groundSampleDistance: 可用于传感器校准的最小地面采样距离（GSD），数据类型为 Length。
- minimumElevation, maximumElevation, 和 averageElevation: 测试场的最低、最高和平均高程，数据类型为 Length。
- positionalError: 测试范围的几何精度特征，数据类型为 CA_PositionalError。
- lengthOfTestrange, widthOfTestrange, 和 elevationChangeOfTestrange: 测试范围的三维范围描述，数据类型为 Length。
Figure 13
Fig 13 描述了与光学校准设施辐射度量部分（OpticsCalibrationFacility, Radiometry）相关的类图。这个类图涉及了与辐射度量校准相关的设备和环境的信息。以下是对这些内容的梳理：
- CA_OpticsFacilityRadiometry: 这个类定义了整个辐射度量校准过程中有效的所有信息。它可能包含以下属性：
- radiometricCalibrationDate: 校准执行的日期和时间，数据类型为 DateTime。
- CA_RadiometryLaboratory: 这个类包含了在实验室中进行辐射度量校准的相关信息。它可能包含以下属性：
- calibrationMethod: 应用于校准的方法，数据类型为 CA_CalibrationMethod。
- CA_RadiometryInFlight: 这个类是 CA_RadiometryTestRange 和 CA_ObjectToObject 类的超类，代表了与飞行校准相关的信息。它可能包含以下属性：
- lampType: 用于照明的类型，数据类型为 CharacterString。
- atmosphericCondition: 大气条件的描述，数据类型为 CharacterString。
- aerosolQuantity: 大气可见度的量，数据类型为 Real。
- CA_RadiometryTestRange: 这个类作为 CA_2DReflectanceTarget 类的超类，包含了在辐射度量校准中使用的测试范围的相关信息。它可能包含以下属性：
- numberPoints: 测试范围内目标的数量，数据类型为 Integer。
- controlPoint: 控制点的位置，数据类型为 DirectPosition。
- expanse: 测试场的二维尺寸，数据类型为 Area。
- minimumElevation, maximumElevation, 和 averageElevation: 测试场的最低、最高和平均高程，数据类型为 Length。
- CA_2DReflectanceTarget: 这个类包含了关于二维反射率目标的详细信息。它可能包含以下属性：
- linearSize: 目标的线性尺寸，数据类型为 Length。
- targetExpanse: 目标的二维尺寸，数据类型为 Area。
- shape: 目标的形状，数据类型为 CA_RadiometricTargetShape。
- material: 目标表面的材料，数据类型为 CA_RadiometricTargetMaterial。
- spectralCharacteristics: 目标在特定照明条件下的光谱特性，数据类型为 CA_Spectrum。
- measuredReflectance: 目标的测量反射率，数据类型为 CA_MeasuredReflectance。
- minimumNominalReflectance 和 maximumNominalReflectance: 目标反射率的范围，数据类型为 Real。
- radiometricStability: 目标的辐射度量稳定性，数据类型为 CharacterString。
- cleanness: 目标的清洁度，数据类型为 CharacterString。
- absoluteAccuracy: 参考值精度的估计，数据类型为 Real。
- CA_ObjectToObject: 这个类包含了基于物体到物体比较的辐射度量校准信息。它可能包含以下属性：
- numberImages: 在哪些图像中拍摄并分析了物体，数据类型为 Integer。
- rmse: 分析的均方根误差，归一化到数字图像的全动态范围，数据类型为 Real。
Figure 14
Fig 14 描述了与光学校准验证（OpticsValidation）相关的类图。这个类图涉及了验证遥感传感器几何和辐射度量校准结果的过程。以下是对这些内容的梳理：
- CA_OpticsValidation: 这是一个抽象类，作为 CA_GeometryValidation 和 CA_RadiometryValidation 的超类，代表了遥感传感器校准验证的总体框架。
- CA_GeometryValidation: 这个类包含了执行几何校准验证所需的所有信息。它可能包含以下属性：
- validationMethod: 验证方法的详细信息，数据类型为 CA_ValidationMethod。
- validationTime: 验证进行的时间，数据类型为 DateTime。
- CA_ValidationMethod: 这是一个代码列表类，包含了不同的验证方法，如 testfield, crossStripFlight, secondFlight, secondAltitude, measurementActualParameters 等。
- CA_RadiometryValidation: 这个类包含了执行辐射度量校准验证所需的所有信息。它可能包含以下属性：
- rmseComparisonObject: 验证结果的均方根误差，数据类型为 Real。
- validationTime: 验证进行的时间，数据类型为 DateTime。
Figure 15
Fig 15 描述了与文档包（Documentation）相关的类图。这个包包含了对于校准结果进行文档化所需的参数。以下是对这些内容的梳理：
- CA_Documentation: 这个类包含了所有可能被文档化的其他信息。它可能包含以下属性：
- certificateIdentification: 提供证书识别信息，数据类型为 MD_Identification。
- dataProductLevel: 提供数据集经过的处理步骤的信息，数据类型为 CA_DataProductLevel。
- geometricQuality: 提供几何质量的信息，数据类型为 CA_PositionalError。
- geometricRadialResolution: 定义图像沿从图像中心出发的半径方向的分辨率，数据类型为 CA_GeometricResolution。
- geometricTangentialResolution: 定义图像在图像中心附近的切线方向的分辨率，数据类型为 CA_GeometricResolution。
- radiometricQuality: 描述辐射度量质量的特征，数据类型为 DQ_QuantitativeAttributeAccuracy。
- stabilisedPlatform: 提供应用的稳定平台的信息，数据类型为 CharacterString。
- CA_DataProductLevel: 这个类是一个代码列表，包含了数据产品级别的代码，如 raw, level0, level1, level2, level3, level4, other 等。这些代码分别代表了数据集的不同处理阶段和质量级别。
