[發(fā)明專利]一種星載推掃式光學(xué)傳感器內(nèi)方位元素定標方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910064619.1
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109696182A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫向東;張過;蔣永華
• 申請（專利權(quán)）人: 張過
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11319
• 代理人: 莎日娜

1.一種星載推掃式光學(xué)傳感器內(nèi)方位元素定標方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，利用星載推掃式光學(xué)傳感器內(nèi)方位元素和姿態(tài)軌道，結(jié)合衛(wèi)星影像對應(yīng)區(qū)域的高精度數(shù)字高程模型DEM，構(gòu)建嚴密幾何成像模型，對衛(wèi)星影像對應(yīng)的高精度數(shù)字正射影像DOM進行重投影，生成一副與衛(wèi)星影像相同大小的模擬影像，其中，DOM與DEM數(shù)據(jù)幾何定標場通過航空攝影測量的方式獲得；

步驟1.1，利用衛(wèi)星發(fā)射前測量的面陣相機內(nèi)方位元素和衛(wèi)星的姿態(tài)軌道，衛(wèi)星影像對應(yīng)區(qū)域的高精度DEM數(shù)據(jù)，構(gòu)建嚴密幾何成像模型如下，

式(1)中，為像點對應(yīng)的地物點在WGS84坐標系下的地面坐標，為成像時刻衛(wèi)星在WGS84坐標系下的坐標，為成像時刻J2000坐標系與WGS84坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣，為成像時刻衛(wèi)星本體坐標系與J2000坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣，R_U為外定標參數(shù)，為相機坐標系與衛(wèi)星本體坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣，m為成像比例，表示W(wǎng)GS84坐標系與相機坐標系間尺度的比例系數(shù)，為像點在相機坐標系下的坐標，其中(x,y)為衛(wèi)星影像任意像點的像空間坐標，(x₀,y₀)為主點，f為主距，(Δx,Δy)為相機畸變；

步驟1.2，將衛(wèi)星影像上的任一個像素，通過步驟1.1構(gòu)建的嚴密幾何成像模型對應(yīng)關(guān)系求解像素對應(yīng)的地面坐標，并按地圖投影轉(zhuǎn)換公式將地面坐標轉(zhuǎn)換到高精度DOM的投影坐標系下；

步驟1.3，獲取衛(wèi)星影像上的像素在高精度DOM上的定位，對該像素進行灰度重采樣，得到模擬影像像素灰度；

步驟1.4，重復(fù)步驟1.1—1.3，直至生成一幅與檢校的衛(wèi)星影像相同大小的模擬影像；

步驟2，針對衛(wèi)星影像與模擬影像，采用相位相關(guān)與最小二乘相結(jié)合的高精度配準算法進行分塊配準，獲取控制點；

步驟2.1，將衛(wèi)星影像等間隔劃分為若干區(qū)域；

步驟2.2，針對步驟2.1中劃分的若干區(qū)域，在各個區(qū)域內(nèi)分別對衛(wèi)星影像與模擬影像進行配準；

步驟2.3，衛(wèi)星影像與模擬影像之間用仿射模型((x，y)為衛(wèi)星真實影像的像點坐標；(x′，y′)為衛(wèi)星模擬影像的像點坐標；a_offset為列方向上的補償矩陣；b_offset為行方向上的補償矩陣；)建立對應(yīng)關(guān)系；利用最小二乘法對配準獲取的所有配準點對求解，求解出系數(shù)(a_offset a_x a_y b_offset b_x b_y)，將系數(shù)平差后求得改正數(shù)，改正數(shù)用來估計單位權(quán)中誤差；同時根據(jù)協(xié)因數(shù)傳播律計算各配準點誤差，即得到殘差；將殘差大于單位權(quán)中誤差的各配準點剔除；重復(fù)進行本操作，直至單位權(quán)中誤差小于等于0.5。

步驟2.4，利用步驟1.1構(gòu)建的衛(wèi)星影像嚴密幾何成像模型，將各配準點對中模擬影像像點坐標計算到地面坐標：從而得到檢校影像控制點(x,y,X,Y,Z)，(x,y)與(x',y')為配準點對，(x,y)為衛(wèi)星真實影像的像點坐標，(x',y')為模擬影像上的像點坐標；

步驟3，結(jié)合嚴密幾何成像模型，式(1)，并利用配準控制點解求外定標參數(shù)，將解求得到的外定標參數(shù)引入嚴密成像幾何模型，利用控制點解求面陣相機畸變模型，獲得內(nèi)定標參數(shù)；

步驟3.1，結(jié)合嚴密幾何成像模型，并利用配準控制點解求外定標參數(shù)的方法如下：

記外定標參數(shù)為

式中a₁,a₂,a₃,b₁,b₂,b₃,c₁,c₂,c₃表示外定標參數(shù)R_U的9個元素；為視頻衛(wèi)星姿態(tài)的俯仰角，ω為滾動角，κ為偏航角；

嚴密幾何成像模型變換為：

將其展開有：

構(gòu)建觀測方程：

列出誤差方程：

V＝Bx-l,W (6)

式(6)中，W為權(quán)矩陣，利用最小二乘原理x＝(B^TB)^-1B^Tl，由此計算出外定標參數(shù)中的三個角元素

步驟3.2，內(nèi)定標參數(shù)獲取方法如下：

根據(jù)對面陣相機內(nèi)方位元素誤差的分析，建立如下內(nèi)定標模型：

式中Δx₀,Δy₀為主點誤差，s₁、s₂、s₃、s₄為比例誤差系數(shù)，k₁、k₂、p₁、p₂為鏡頭畸變參數(shù)，將嚴密成像幾何模型轉(zhuǎn)換為，

記則有：

構(gòu)建觀測方程：

按最小二乘列出誤差方程：

V₁＝B₁x-l₁,W₁ (11)

式(11)中，W₁為權(quán)矩陣，

x＝(Δx₀,Δy₀,s₁,s₂,s₃,s₄,k₁,k₂,p₁,p₂)'，利用最小二乘原理由此計算出內(nèi)定標模型參數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種星載推掃式光學(xué)傳感器內(nèi)方位元素定標方法，其特征在于：包括步驟4：內(nèi)方位元素精度評估，即利用指向角模型的內(nèi)檢校模型，對內(nèi)方位元素引起的誤差進行精度評估；

將探元成像光線指向沿軌和垂軌進行分解，得到探元成像光線指向角(ψ_x,ψ_y)；指向角是各種內(nèi)方位元素誤差的綜合表示，指向角與相機坐標(x_c,y_c,f)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為

則幾何檢校模型改寫為

以式(2)計算得到的R_u作為已知值，上式轉(zhuǎn)化為

展開有：

以作為觀測值，為未知數(shù)，對式(15)線性化后構(gòu)建誤差方程：

v_誤差＝A_誤差x_誤差-l_誤差；p_誤差 (16)

其中：x_誤差為(d(tanψ_x)d(tanψ_y))^T；l_誤差為根據(jù)初值計算的p_誤差為觀測權(quán)值；A_誤差為系數(shù)矩陣具體為

采用頻譜修正迭代方法對式(16)進行穩(wěn)定求解，從結(jié)果中解求(ψ_x,ψ_y)；(ψ_x,ψ_y)將帶入式(16)，進行評估。