[發(fā)明專利]基于矢量特征的衛(wèi)星成像幾何精化模型的構(gòu)建方法

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• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108593556A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡堃;尤紅建;雷斌;黃旭
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01S19/53
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種基于矢量特征的衛(wèi)星成像幾何精化模型的構(gòu)建方法，包括：

步驟S1，構(gòu)建物方點在掃描方向上中心投影和平行投影的成像幾何關(guān)系表達(dá)式，結(jié)合該成像幾何關(guān)系和仿射變換關(guān)系構(gòu)建基于點特征的成像幾何精化模型；

步驟S2，將基于點特征的成像幾何精化模型轉(zhuǎn)換為基于矢量特征的形式，采用線性參數(shù)方程對控制矢量特征進行模型描述，構(gòu)建基于矢量特征的成像幾何精化模型；

步驟S3，將基于矢量特征的成像幾何精化模型轉(zhuǎn)化為誤差方程形式，并進行線性化展開；采集滿足數(shù)量和分布要求的控制線和控制點特征，計算基于線特征的成像幾何精化模型全部模型參數(shù)的初值；

步驟S4，構(gòu)建基于矢量特征的成像幾何精化模型的法方程，迭代求解模型全部未知數(shù)的改正數(shù)，收斂得到該模型全部參數(shù)的精確值，實現(xiàn)模型的構(gòu)建。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，所述步驟S1包括：

子步驟S101，描述傳感器在掃描方向上的中心投影和平行投影關(guān)系；包括：

令S為線陣CCD掃描線的透視投影中心；O為實際影像的像主點，其掃描方向上對應(yīng)的平面坐標(biāo)為x₀；為平行投影方向，垂直于實際影像的像平面；與豎直方向的夾角為線陣列傳感器在掃描方向的傾角ω；B為影像覆蓋范圍內(nèi)的任意一個物方點，其高程為H；C是物方點B在實際影像平面上通過中心投影成像對應(yīng)的像方點，其掃描方向上的像平面坐標(biāo)為x；

過像主點O作虛擬的水平影像平面，A′是向量和虛擬水平影像平面的交叉點；A′B′與AB平行，為線段AB采用一定的比例尺縮放后在像方空間的對應(yīng)線段；成像比例尺因子為m＝H/f，其中H為像主點S距離地面的飛行高度，f為成像的等效主距；經(jīng)過B′且平行于E是與實際影像平面的交叉點，也是B點通過平行投影對應(yīng)的像方點，其在掃描方向上的像平面坐標(biāo)為x″；

子步驟S102，計算任一物方點在中心投影和平行投影下像方距離的集合差異；所述物方點B分別經(jīng)過中心投影和平行投影后，在掃描方向上的差異通過構(gòu)建中心投影下的像方距離OC和平行投影下的像方距離OE之間的關(guān)系來消除，其計算公式為：

子步驟S103，構(gòu)建該物方點在掃描方向上中心投影和平行投影的成像幾何關(guān)系表達(dá)式：

子步驟S104：結(jié)合該成像幾何關(guān)系和仿射變換關(guān)系構(gòu)建基于點特征的成像幾何精化模型：

其中，b₁，b₂，b₃，b₅，b₆，b₇為仿射變換模型的6個旋轉(zhuǎn)變換參數(shù)，b₄，b₈為仿射變換模型的2個平移參數(shù)；像方點在像方空間坐標(biāo)系下的坐標(biāo)原點位于像主點O(x₀，y₀)，Z為物方點B點在物方空間坐標(biāo)系下的高程坐標(biāo)，Z_ave為影像覆蓋范圍內(nèi)的平均高程。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的構(gòu)建方法，所述步驟S103包括：

過像方點C作B′D的平行線交虛擬水平影像于點F；過像方點C作虛擬水平影像面的平行線交SO于點L，過B′作虛擬水平影像面的平行線交SO于點K；由此，進一步建立中心投影和平行投影在掃描方向的成像幾何關(guān)系表達(dá)式為：

其中，z＝A′B′，進一步整理上式得到中心投影和平行投影的成像幾何關(guān)系表達(dá)式。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的構(gòu)建方法，所述步驟S104包括：

當(dāng)物方點B在飛行方向和掃描方向上均滿足平行投影關(guān)系時，其物方點在物方空間坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(X，Y，Z)與實際影像上對應(yīng)的像方點在像空間坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x″，y″)之間滿足仿射變換關(guān)系，基于點特征的仿射變換關(guān)系的表達(dá)式為：

由于線陣推掃式光學(xué)對地觀測衛(wèi)星在掃描方向上滿足中心投影關(guān)系，將子步驟S103中物方點B在平行投影下的像點坐標(biāo)x″，采用其中心投影下的像點坐標(biāo)x進行描述；在飛行方向上滿足平行投影關(guān)系，即y＝y(tǒng)″，將(x，y)帶入所述基于點特征的仿射變換關(guān)系的表達(dá)式，得到基于點特征的成像幾何精化模型形式。