[發明專利]用于TDICCD線陣推掃傳感器的坐標反算方法

有效

• 申請號: 201310201971.8
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103278140A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 金淑英;王密
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

技術領域

本發明屬于航天與航空攝影測量領域，涉及利用TDICCD線陣推掃傳感器的共線方程模型進行從物方坐標反算像方坐標時，一種基于虛擬影像行號的高精度坐標反算方法。

背景技術

TDICCD（時間延遲積分電荷耦合器件）是目前獲取高分辨率光學衛星影像的主要傳感器。TDICCD的行積分時間在推掃成像過程中可實時調整，這在一方面補償了像移運動，使得TDICCD影像的清晰度優于傳統CCD（電荷耦合元件）影像；另一方面也使得線陣傳感器共線方程模型的光滑程度下降，使得有理多項式模型擬合精度不夠，或基于共線方程式從物方坐標反算像方坐標過程中迭代不收斂，導致圖像產品的幾何質量降低。

如圖1所示TDICCD線陣推掃成像示意圖，St為t時刻的投影中心，p（sample,line）表示點的像方坐標，P（X,Y,Z）表示點的物方坐標。在TDICCD推掃成像數據的幾何處理過程中需要大量地使用坐標正反變換。其中，基于共線方程模型的坐標正算過程是從物方坐標反算像方坐標的基礎。一般的坐標反算預處理過程如下：首先在共線方程模型坐標正算基礎上，計算出一組虛擬立體格網控制點的像方和物方坐標，再確定從物方坐標到像方坐標的幾何模型M（三維多項式或有理多項式）；最后利用這些虛擬立體格網控制點解算從物方坐標到像方坐標的幾何模型M的參數。一般的坐標反算方法分為兩類，一是基于有理多項式進行直接計算，二是基于共線方程式和三維多項式進行迭代計算（需要迭代是因為像方坐標未知、成像時刻未知、外方位元素未知）。在迭代過程中，需要利用三維多項式給出較為精確的像方坐標初值，以減少迭代次數、控制迭代過程、防止迭代不收斂。由此可見，無論采用哪種方法進行坐標反算，幾何模型M都是必不可少的。

幾何模型M的擬合精度取決于線陣傳感器共線方程模型的光滑程度。當TDICCD行積分時間發生跳變時，線陣傳感器共線方程模型的光滑程度就會大大降低，幾何模型M（包括有理多項式和三維多項式）的擬合精度也跟著降低，最終使得坐標反算精度滿足不了使用要求。因此，在TDICCD推掃成像數據的幾何處理過程中，如傳感器校正、正射糾正等，都迫切需要一種高精度的坐標反算方法。

發明內容

本發明所要解決的問題是當TDICCD行積分時間發生跳變時，如何實現高精度的基于共線方程模型的坐標反算，以提高圖像產品的幾何精度。

本發明的技術方案為一種用于TDICCD線陣推掃傳感器的坐標反算方法，基于虛擬影像進行原始影像坐標反算，所述虛擬影像是一個行積分時間恒定不變的影像，在固定的一段時間內，行積分時間與影像行數成反比關系；反算實現方式如下，

設Pi表示第i次迭代開始時的物方坐標，其中i=0時，P0（B0,L0,H0）為外部輸入的物方坐標真實值，（B0,L0）為地理經緯度坐標，H0為物方高程；p（sample_i,line_i）為第i次迭代輸出的原始影像坐標值，sample_i為原始影像列號，line_i為原始影像行號；初始化i=0，執行迭代過程如下，

步驟1，根據幾何模型M，從物方坐標Pi（Bi,Li,H0）反算得到虛擬影像坐標（sample_i,vline_i）；

所述幾何模型M的形式為三維多項式或有理多項式，幾何模型M的系數根據虛擬影像的虛擬立體格網控制點坐標通過最小二乘擬合得到；

步驟2，根據虛擬影像坐標中的行號vline_i計算原始影像行號line_i，實現方式如下，

虛擬影像與原始影像的行、列數相同，則虛擬影像的行積分時間dt等于原始影像的總成像時間除以原始影像的總行數；先根據虛擬行號與成像時刻之間的關系，求出虛擬行號vline_i對應的成像時刻t_vline＝start_time+vline_i×dt，start_time為首行影像的成像時刻；再根據原始影像行號與成像時刻之間的關系求出成像時刻對應的原始影像行號line_i；

步驟3，根據原始影像坐標p（sample_i,line_i）和物方坐標真實值P0中的物方高程H0計算物方坐標P'（B',L'）；