[發明專利]高分辨率光學推掃衛星穩態重成像傳感器校正方法及系統

有效

• 申請號: 201510386827.5
• 申請日: 2015-06-30
• 公開（公告）號: CN105091906B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 王密;朱映;金淑英;李德仁;龔健雅
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 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

本發明屬于遙感衛星數據處理技術領域，更確切的說，本發明是在遙感衛星地面數據處理程中，采用的一種高分辨率光學推掃衛星影像穩態重成像的傳感器校正技術方案。

背景技術

隨著空間分辨率的逐步提高，高分辨率光學衛星的相機結構變得異常復雜。高分辨率一般指空間分辨率優于5米，為了保證成像質量和成像效率，感光元件由傳統的單次積分CCD(電荷藕合器件)更新為多次積分TDI CCD(即時間延遲積分CCD)，由單條推掃線陣擴充到多條拼接推掃線陣；同時，空間分辨率的提高也使得光學相機的物理焦距都達到了幾米甚至十幾米，為了減少成像載荷體積，傳統的折射式光學系統設計也由同軸三反和離軸三反系統取而代之。由此可知，高分辨率光學遙感衛星的成像載荷存在分片積分異速、積分時間跳變、CCD不共線、主距與視向量不平行等特點。在衛星數據投入應用前，必須對原始成像數據進行傳感器校正處理，得到連續、完整、高精度的影像數據，滿足后續國土資源調查、地圖測繪的精度需求。

隨著分辨率的提高，成像積分時間越來越短，成像頻率的提升導致推掃成像相機對平臺穩定性愈加敏感，平臺震顫也成為影響高分辨率光學衛星影像幾何精度的重要因素之一。平臺震顫直接導致衛星姿態抖動、影像變形，為了不影響影像產品配準、融合應用，傳感器校正除了需要校正相機設計引起的拼接和鏡頭畸變問題，還需要解決由于衛星平臺非穩態運動引起的影像變形問題。因此，高分辨率光學衛星的傳感器校正需同時考慮相機設計和線陣推掃非穩態成像問題，將帶畸變的分片影像生成穩態勻速成像的完整景影像，并生成與之對應的高精度RFM(有理函數模型)，為后續高精度幾何校正、影像融合等處理與應用提供標準數據產品。

目前，傳感器校正方法大多只考慮相機設計，解決由于多片TDI CCD的拼接問題，并未考慮推掃過程中衛星的穩定性狀態；針對分片異速和積分時間跳變的問題，通常采樣行頻歸一化進行圖像重采樣，容易導致圖像過度重采樣，降低圖像質量。另一方面，在衛星存在震顫時，由于姿態的抖動也難以直接生成高精度的RPCs(RFM多項式系數)，只能使用嚴密幾何成像模型，降低了數據應用效率。因此，傳統的傳感器校正方法已經無法滿足高分辨率遙感光學衛星高精度幾何處理的要求。

發明內容

針對現有技術中高分辨率光學推掃衛星影像傳感器校正方式缺陷，本發明提出一種高分辨率光學衛星穩態重成像的傳感器校正技術方案。

本發明技術方案提供一種高分辨率光學推掃衛星穩態重成像的傳感器校正方法，包括以下步驟，

步驟1，構建單片TDI CCD非穩態嚴密幾何模型，包括對于像點(s，l)，根據在軌幾何定標獲取的探元指向角模型確定探元s在相機坐標系下的指向，通過軌道模型和姿態內插模型獲取每一行掃描行對應時刻的軌道和姿態作為外方位元素，從而建立每一片TDI CCD影像每一點(s，l)的嚴密成像幾何模型；其中，s為某單片TDI CCD影像上任意一個探元的探元序號，l為某單片TDI CCD影像上任意一行的行號；

步驟2，構建虛擬CCD穩態成像嚴密幾何模型，包括設定與多個單片TDI CCD拼接長度相等的虛擬單線陣CCD，在實際成像基礎上，確定虛擬單線陣CCD的內方位元素，并設定衛星勻速推掃成像每一掃描時間以及穩定的軌道模型和姿態模型，從而建立虛擬CCD影像上任一點(s'，l')的嚴格成像幾何模型；其中，s'為虛擬單線陣CCD上任意一個探元的探元序號，l'為虛擬CCD影像上任意一行的行號；

步驟3，采用地形獨立法，根據虛擬CCD穩態成像嚴密幾何模型得到有理函數模型，代替虛擬CCD穩態成像嚴密成像幾何模型；

步驟4，虛擬CCD穩態重成像，包括以物方作為參考，通過步驟1和3所得結果，建立單片TDI CCD影像與虛擬CCD重成像影像的一一映射關系，從而根據原始的單片TDICCD影像生成傳感器校正后影像。

而且，步驟1中，利用探元指向角模型確定探元s在相機坐標系下的指向計算實現如下，

其中，ax_i,ay_i為多項式系數，i＝0,1,2,3，ψ_x(s)和ψ_y(s)為與探元序號s相應的相機像方矢量在相機坐標系下的指向角。

而且，步驟1中，所采用的軌道模型是以時間為變量的三次多項式模型，姿態模型采用以時間為變量的拉格朗日模型，時間通過行號l確定。

而且，步驟1中所得每一片TDI CCD影像每一點的嚴密成像幾何模型，建立了像點圖像坐標(s,l)與對應物點坐標(X，Y，Z)的關系如下，