[發明專利]一種無定標衛星成像目標輻射特性反演方法及系統

有效

• 申請號: 201810024731.8
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108537770B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 夏魯瑞;左崢嶸;張占月;李紀蓮;肖龍龍;楊雪榕;胡敏;潘升東;楊雅君
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學;華中科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06F17/11;G06F17/16
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 莫曉齊

1.一種無定標衛星成像目標輻射特性反演方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟S100：獲取當前時刻的目標場景的紅外圖像，確定定標地物，具體為：

步驟S101：獲取當前時刻的目標場景的紅外圖像，確定定標地物，得到定標地物區域中心點在圖像上的相面坐標；

步驟S102：根據定標地物區域中心點在圖像上的相面坐標，通過坐標系變換獲得相機視線，所述視線與地球表面的交點再轉換為經緯高，其中：

所述坐標系變換包括：

（1）地心坐標系到軌道坐標系的轉換，其轉換矩陣計算公式為：

其中，，，分別為軌道坐標系、、軸在地心坐標系下的方向矢量，表示衛星平臺的位置；

（2）軌道坐標系到衛星坐標系的轉換，其轉換矩陣計算公式為：

其中，、、分別為衛星相對于軌道坐標系的俯仰、旋轉和偏航的角度；

（3）衛星坐標系到傳感器成像坐標系的轉換，其轉換矩陣計算公式為：

其中，表示軸在衛星坐標系下的方向矢量，表示軸在衛星坐標系下的方向矢量，表示軸在衛星坐標系下的方向矢量；

所述視線的計算公式為：

其中，表示定標地物中心點視線在相機坐標系下的方向矢量，表示定標地物區域中心點在圖像上的相面坐標對應于定標地物區域中心點相對于光軸的偏角，，，row和col分別表示圖像的行數和列數，表示圖像的像元視場角；

所述交點的計算公式為：

其中，為地球半徑，表示定標地物區域中心點的空間位置坐標；

步驟S200：獲取成像時刻的定標地物區域在圖像上的平均灰度值，結合定標地物的氣象條件，計算定標地物成像時刻的表面溫度及其對應的自身輻射強度，根據相機像元視場角及其成像距離計算單個像元所覆蓋定標地物的地表范圍內的表面輻射能量，計算出定標地物至相機之間光學路徑上的大氣衰減及其程輻射，在面輻射模型下計算相機像元接收到的定標地物的輻射能量，確定定標地物平均灰度值與相機像元接收到輻射能量的映射關系，具體為：

步驟S201：獲得定標地物區域在當前時刻的圖像上的平均灰度值；

步驟S202：根據定標地物的氣象條件，通過熱平衡方程計算得到定標地物表面溫度；

步驟S203：根據定標地物表面溫度，通過普朗克定律計算定標地物自身輻射強度；

步驟S204：通過Modtran計算獲取定標地物區域紅外圖像成像時刻的氣象條件下到達該區域的譜段的太陽熱輻射強度，并根據太陽漫反射模型，計算定標地物的漫反射輻射強度分量，地表對太陽的漫反射光強度近似地服從Lambert定律，即漫反射光的光強僅與入射光的方向和反射點處表面法向夾角的余弦成正比，由此構造出Lambert漫反射模型：

為標定地物表面漫反射分量，其中，，是入射光線的方向與物體表面該頂點法線的夾角，或稱為入射角，其中，；

步驟S205：計算單個像元所覆蓋定標地物的地表范圍內譜段輻射能量；

步驟S206：根據相機和定標地物區域中心點的經緯高的幾何關系，以及大氣參數計算定標地物和相機之間對應波段的大氣透過率和該段路徑的程輻射；

步驟S207：在面輻射模型下，根據定標地物和相機之間對應波段的大氣透過率和該段路徑的程輻射，計算相機像元接收到的定標地物的輻射能量E；

步驟S208：確定定標地物平均灰度值與相機像元接收到輻射能量的映射關系；

步驟S300：獲得目標在圖像上的灰度值；

步驟S400：根據定標地物灰度值與接收到的輻射能量的映射關系反演出目標的自身輻射強度。

2.根據權利要求1所述的無定標衛星成像目標輻射特性反演方法，其特征在于，所述步驟S400具體為：根據定標地物平均灰度值與相機像元接收到輻射能量的映射關系，可計算出相機像元接收到目標的輻射能量，并考慮大氣效應的修正，在點源輻射模型下反演出目標的自身輻射強度。