[發明專利]一種星載TDI CMOS相機成像仿真方法及設備

有效

• 申請號: 201710616589.1
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107451957B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 高小明;李國元;陳繼溢;袁小棋;劉詔;陳乾福;趙嚴銘
• 申請（專利權）人: 國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心
• 主分類號: G06T3/60
• 分類號: G06T3/60;G06T5/00;G06F30/20
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 陳博旸

1.一種星載TDI CMOS相機成像仿真方法，其特征在于，包括：

模擬衛星軌道數據和衛星姿態數據；

根據CMOS相機的幾何參數、所述衛星軌道數據和所述衛星姿態數據，獲取CMOS瞬時焦面成像區域的數據源范圍；

根據所述CMOS瞬時焦面成像區域的數據源范圍獲取地表反射率和大氣傳輸模擬參數；

根據影像地面分辨率計算積分時間間隔，獲取每個積分時刻的衛星軌道數據和姿態數據；

根據所述地表反射率、所述大氣傳輸模擬參數、所述每個積分時刻的衛星軌道數據和姿態數據獲取CMOS相機入瞳輻射度影像；

對所述CMOS相機入瞳輻射度影像進行濾波，獲取每個積分時刻的CMOS焦面輻射度影像；

將所述每個積分時刻的CMOS焦面輻射度影像轉換為電荷數影像，得到所述每個積分時刻的電荷數影像；

將所述每個積分時刻的電荷數影像積分延遲累加，進行模數轉換，得到一幅灰度值影像。

2.根據權利要求1所述的星載TDI CMOS相機成像仿真方法，其特征在于，所述根據CMOS相機的幾何參數、所述衛星軌道數據和所述衛星姿態數據，獲取CMOS瞬時焦面成像區域的數據源范圍，包括：

對所述衛星軌道數據和衛星姿態數據進行插值獲取成像時刻的衛星軌道數據和衛星姿態數據；

根據所述成像時刻的衛星軌道數據、衛星姿態數據和所述CMOS相機的幾何參數，通過框幅式嚴密幾何成像模型獲取地面點在地球參考坐標系下的坐標；

根據所述地面點在地球參考坐標系下的坐標獲取像點對應的地面點的經緯度；

將所述像點對應的地面點的經緯度向外擴展預設距離得到CMOS瞬時焦面成像區域的數據源范圍。

3.根據權利要求2所述的星載TDI CMOS相機成像仿真方法，其特征在于，根據所述成像時刻的衛星軌道數據和所述CMOS相機的幾何參數，通過框幅式嚴密幾何成像模型獲取地面點在地球參考坐標系下的坐標，包括：

式中，(X_P,Y_P,Z_P)^T為地面點在地球參考坐標系下的坐標，t為成像時刻，(X(t),Y(t),Z(t))^T為成像時刻傳感器投影中心在地球參考坐標系下的坐標，λ為成像時刻成像比例尺的分母，為成像時刻天球參考坐標系與地球參考坐標系之間的旋轉矩陣，為成像時刻衛星本體與天球參考坐標系之間的旋轉矩陣，為CMOS相機的安裝偏置矩陣，f為CMOS相機的焦距，(x，y)為像平面坐標。

4.根據權利要求1所述的星載TDI CMOS相機成像仿真方法，其特征在于，根據所述CMOS瞬時焦面成像區域的數據源范圍獲取地表反射率和大氣傳輸模擬參數，包括：

選取已知反射率的多類地面物體，統計所述多類地面物體在高分辨率正射影像上的灰度均值，確定所述多類地面物體的灰度均值和反射率組合，其中，所述高分辨率正射影像為進行仿真的基礎數據之一；

對所述多類地面物體的灰度均值和反射率組合進行插值計算地表反射率；

根據大氣輻射傳輸模型和大氣參數，獲取輻射傳輸查找表；

根據成像時刻的觀測角度、氣溶膠光學厚度和所述輻射傳輸查找表，通過線性內插計算大氣傳輸模擬參數。

5.根據權利要求4所述的星載TDI CMOS相機成像仿真方法，其特征在于，選取已知反射率的多類地面物體，統計所述多類地面物體在高分辨率正射影像上的灰度均值，確定所述多類地面物體的灰度均值和反射率組合，表達式為：

式中，n為選取的已知反射率的地面物體類別總數，v為高分辨率影像的亮度值，為v對應的地表反射率，其值在[0,1]范圍內，v_i、v_j為第i、j類地面物體對應的亮度值，w_i為第i類地面物體對應的反射率。