[發(fā)明專利]一種基于月相圖形函數(shù)化擬合的過(guò)采樣校正方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011200555.2
• 申請(qǐng)日: 2020-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112381769B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高鵬;艾晶晶;鄭佚超;景健;韓鐘毅;白兆明;黃悅;楊震林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T3/40
• 分類號(hào): G06T3/40;G06T7/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種基于月相圖形函數(shù)化擬合的過(guò)采樣校正方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，基于對(duì)比度或邊緣識(shí)別，提取預(yù)獲取月球圖像在衛(wèi)星掃描方向與衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向的像素長(zhǎng)度；

步驟2，根據(jù)星歷計(jì)算衛(wèi)星參數(shù)與月球參數(shù)；其中，衛(wèi)星參數(shù)與月球參數(shù)分別為遙感器沿衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向的掃描速度與月球-衛(wèi)星-太陽(yáng)的相對(duì)位置；

基于衛(wèi)星參數(shù)、月球參數(shù)以及步驟1提取獲得的像素長(zhǎng)度計(jì)算獲得月相角與軌道角，基于月相角與軌道角構(gòu)建獲得衛(wèi)星視角的理論月相圖形函數(shù)；

步驟3，通過(guò)函數(shù)擬合，確定預(yù)獲取月球圖像與理論月相圖形函數(shù)的轉(zhuǎn)化系數(shù)，獲得過(guò)采樣系數(shù)；基于所述過(guò)采樣系數(shù)修正由于衛(wèi)星觀測(cè)月球圖像的時(shí)間序列重組造成的月球形狀拉伸，實(shí)現(xiàn)過(guò)采樣校正；

其中，步驟3中的通過(guò)函數(shù)擬合，確定預(yù)獲取月球圖像與理論月相圖形函數(shù)的轉(zhuǎn)化系數(shù)，獲得過(guò)采樣系數(shù)時(shí)，采用單線和多線模式獲取過(guò)采樣系數(shù)；

采用單線模式獲取過(guò)采樣系數(shù)的步驟具體包括：

建立坐標(biāo)系使Y軸指向衛(wèi)星位置，太陽(yáng)直射方向位于XY平面內(nèi)，X軸與直射方向的夾角為銳角，Z軸垂直XY平面；月球晨昏線中，只有實(shí)線在衛(wèi)星位置上能被觀察到；以月球中心為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，太陽(yáng)光與X軸夾角為θ，月相角

單線模式的過(guò)采樣系數(shù)表示為

式中，為過(guò)采樣系數(shù)，ξ為一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的角寬度，D_moon為月球直徑，Y_moon為月球圖像中月球沿衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向直徑的像素長(zhǎng)度，R_sm為衛(wèi)星與月球距離；

其中，

式中，Y_obs為沿衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向的所有月球剖面中最長(zhǎng)割線的像素長(zhǎng)度，是Y_moon和Y_obs的轉(zhuǎn)換關(guān)系，為月相角，τ為衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向與月球自轉(zhuǎn)軸的夾角；

其中，

式中，F(xiàn)為X方向的所有月球剖面中最長(zhǎng)割線的像素長(zhǎng)度，γ為衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向與Z軸夾角；

其中，F(xiàn)由晨昏線、月球邊界以及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向所在的直線方程通過(guò)賦值比較的近似求解方法獲得，x²+z²＝R²；

式中，b為衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向所在的直線方程在Z軸截距；

采用多線模式獲取過(guò)采樣系數(shù)的步驟具體包括：

建立坐標(biāo)系使Y軸指向衛(wèi)星位置，太陽(yáng)直射方向位于XY平面內(nèi)，X軸與直射方向的夾角為銳角，Z軸垂直XY平面；建立遙感器掃描坐標(biāo)系，設(shè)μ軸沿掃描鏡掃描方向，υ軸沿衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向；f(u)為u處垂直于μ軸的直線被月相所截線段的長(zhǎng)度，為月相角和軌道角γ的函數(shù)，軌道角γ為υ軸與Z軸的夾角；圖像坐標(biāo)系u′的坐標(biāo)軸方向與u相同；

圖像中的坐標(biāo)系u′與實(shí)際坐標(biāo)u呈線性關(guān)系，表示為：

u′＝Bu+C，B為常數(shù)；

相同圖像中的像素割線與實(shí)際割線呈正比關(guān)系，表示為：

f′(u′)＝Af(u′)＝Af(Bu+C)；

通過(guò)多參數(shù)最小二乘擬合出的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系，表示為：

式中：υ′_iobs為實(shí)際圖像中提取的不同u_i′位置的割線長(zhǎng)度；

過(guò)采樣校正系數(shù)定義為：

式中：f_os為過(guò)采樣系數(shù)，v′為實(shí)際圖像中割線長(zhǎng)度，θ為視角分辨率，f(x)為像素割線與實(shí)際割線的函數(shù)關(guān)系，A為像素割線與實(shí)際割線的比例，R_sm為衛(wèi)星與月球距離；

通過(guò)三次樣條插值把M×N大小的原圖像放大為M×(n×N)，加入放縮因子n后，過(guò)采樣校正系數(shù)表示為

2.一種基于月相圖形函數(shù)化擬合的過(guò)采樣校正系統(tǒng)，其特征在于，包括：

像素長(zhǎng)度獲取模塊，用于根據(jù)對(duì)比度或邊緣識(shí)別，提取預(yù)獲取月球圖像在衛(wèi)星掃描方向與衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向的像素長(zhǎng)度；

理論月相圖形函數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)星歷計(jì)算衛(wèi)星參數(shù)與月球參數(shù)；其中，衛(wèi)星參數(shù)與月球參數(shù)分別為遙感器沿衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向的掃描速度與月球-衛(wèi)星-太陽(yáng)的相對(duì)位置；基于提取獲得的像素長(zhǎng)度計(jì)算月相角與軌道角，構(gòu)建獲得衛(wèi)星視角的理論月相圖形函數(shù)；

校正模塊，用于通過(guò)函數(shù)擬合，確定預(yù)獲取月球圖像與理論月相圖形函數(shù)的轉(zhuǎn)化系數(shù)，獲得過(guò)采樣系數(shù)；基于所述過(guò)采樣系數(shù)修正由于衛(wèi)星觀測(cè)月球圖像的時(shí)間序列重組造成的月球形狀拉伸，實(shí)現(xiàn)過(guò)采樣校正；

其中，

通過(guò)函數(shù)擬合，確定預(yù)獲取月球圖像與理論月相圖形函數(shù)的轉(zhuǎn)化系數(shù)，獲得過(guò)采樣系數(shù)時(shí)，采用單線和多線模式獲取過(guò)采樣系數(shù)；

采用單線模式獲取過(guò)采樣系數(shù)的步驟具體包括：

建立坐標(biāo)系使Y軸指向衛(wèi)星位置，太陽(yáng)直射方向位于XY平面內(nèi)，X軸與直射方向的夾角為銳角，Z軸垂直XY平面；月球晨昏線中，只有實(shí)線在衛(wèi)星位置上能被觀察到；以月球中心為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，太陽(yáng)光與X軸夾角為θ，月相角

單線模式的過(guò)采樣系數(shù)表示為

式中，為過(guò)采樣系數(shù)，ξ為一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的角寬度，D_moon為月球直徑，Y_moon為月球圖像中月球沿衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向直徑的像素長(zhǎng)度，R_sm為衛(wèi)星與月球距離；

其中，

式中，Y_obs為沿衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向的所有月球剖面中最長(zhǎng)割線的像素長(zhǎng)度，是Y_moon和Y_obs的轉(zhuǎn)換關(guān)系，為月相角，τ為衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向與月球自轉(zhuǎn)軸的夾角；

其中，

式中，F(xiàn)為X方向的所有月球剖面中最長(zhǎng)割線的像素長(zhǎng)度，γ為衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向與Z軸夾角；

其中，F(xiàn)由晨昏線、月球邊界以及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向所在的直線方程通過(guò)賦值比較的近似求解方法獲得，x²+z²＝R²；

式中，b為衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向所在的直線方程在Z軸截距；

采用多線模式獲取過(guò)采樣系數(shù)的步驟具體包括：

建立坐標(biāo)系使Y軸指向衛(wèi)星位置，太陽(yáng)直射方向位于XY平面內(nèi)，X軸與直射方向的夾角為銳角，Z軸垂直XY平面；建立遙感器掃描坐標(biāo)系，設(shè)μ軸沿掃描鏡掃描方向，υ軸沿衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向；f(u)為u處垂直于μ軸的直線被月相所截線段的長(zhǎng)度，為月相角和軌道角γ的函數(shù)，軌道角γ為υ軸與Z軸的夾角；圖像坐標(biāo)系u′的坐標(biāo)軸方向與u相同；

圖像中的坐標(biāo)系u′與實(shí)際坐標(biāo)u呈線性關(guān)系，表示為：

u′＝Bu+C，B為常數(shù)；

相同圖像中的像素割線與實(shí)際割線呈正比關(guān)系，表示為：

f′(u′)＝Af(u′)＝Af(Bu+C)；

通過(guò)多參數(shù)最小二乘擬合出的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系，表示為：

式中：υ_i′_obs為實(shí)際圖像中提取的不同u_i′位置的割線長(zhǎng)度；

過(guò)采樣校正系數(shù)定義為：

式中：f_os為過(guò)采樣系數(shù)，v′為實(shí)際圖像中割線長(zhǎng)度，θ為視角分辨率，f(x)為像素割線與實(shí)際割線的函數(shù)關(guān)系，A為像素割線與實(shí)際割線的比例，R_sm為衛(wèi)星與月球距離；

通過(guò)三次樣條插值把M×N大小的原圖像放大為M×(n×N)，加入放縮因子n后，過(guò)采樣校正系數(shù)表示為