高分辨率光学推扫卫星稳态重成像传感器校正方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种高分辨率光学推扫卫星稳态重成像传感器校正方法及系统，包括构建单片TDI CCD非稳态严密几何模型和虚拟CCD稳态成像严密几何模型，根据虚拟CCD稳态成像严密几何模型得到有理函数模型，建立单片TDI CCD影像与虚拟CCD重成像影像的一一映射关系，从而根据原始的单片TDI CCD影像生成传感器校正后影像。本发明专利技术技术方案结合虚拟CCD成像原理，利用多片TDI CCD非稳态几何模型与虚拟单线阵CCD稳态几何模型定位的一致性，实现多片CCD影像的无缝拼接的同时，校正由平台震颤引起的影像变形，提供用户标准景影像和对应高精度RPC参数，便于后续图像应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于遥感卫星数据处理
，更确切的说，本专利技术是在遥感卫星地面 数据处理程中，采用的一种高分辨率光学推扫卫星影像稳态重成像的传感器校正技术方 案。
技术介绍
随着空间分辨率的逐步提高，高分辨率光学卫星的相机结构变得异常复杂。高分 辨率一般指空间分辨率优于5米，为了保证成像质量和成像效率，感光元件由传统的单次 积分CCD (电荷藕合器件）更新为多次积分TDI CCD (即时间延迟积分CCD)，由单条推扫线 阵扩充到多条拼接推扫线阵；同时，空间分辨率的提高也使得光学相机的物理焦距都达到 了几米甚至十几米，为了减少成像载荷体积，传统的折射式光学系统设计也由同轴三反和 离轴三反系统取而代之。由此可知，高分辨率光学遥感卫星的成像载荷存在分片积分异速、 积分时间跳变、CCD不共线、主距与视向量不平行等特点。在卫星数据投入应用前，必须对 原始成像数据进行传感器校正处理，得到连续、完整、高精度的影像数据，满足后续国土资 源调查、地图测绘的精度需求。 随着分辨率的提高，成像积分时间越来越短，成像频率的提升导致推扫成像相机 对平台稳定性愈加敏感，平台震颤也成为影响高分辨率光学卫星影像几何精度的重要因素 之一。平台震颤直接导致卫星姿态抖动、影像变形，为了不影响影像产品配准、融合应用，传 感器校正除了需要校正相机设计引起的拼接和镜头畸变问题，还需要解决由于卫星平台非 稳态运动引起的影像变形问题。因此，高分辨率光学卫星的传感器校正需同时考虑相机设 计和线阵推扫非稳态成像问题，将带畸变的分片影像生成稳态匀速成像的完整景影像，并 生成与之对应的高精度RFM(有理函数模型），为后续高精度几何校正、影像融合等处理与 应用提供标准数据产品。目前，传感器校正方法大多只考虑相机设计，解决由于多片TDI C⑶的拼接问题， 并未考虑推扫过程中卫星的稳定性状态；针对分片异速和积分时间跳变的问题，通常采样 行频归一化进行图像重采样，容易导致图像过度重采样，降低图像质量。另一方面，在卫星 存在震颤时，由于姿态的抖动也难以直接生成高精度的RPCs (RFM多项式系数），只能使用 严密几何成像模型，降低了数据应用效率。因此，传统的传感器校正方法已经无法满足高分 辨率遥感光学卫星高精度几何处理的要求。
技术实现思路
针对现有技术中高分辨率光学推扫卫星影像传感器校正方式缺陷，本专利技术提出一 种高分辨率光学卫星稳态重成像的传感器校正技术方案。 本专利技术技术方案提供一种高分辨率光学推扫卫星稳态重成像的传感器校正方法， 包括以下步骤， 步骤1，构建单片TDI C⑶非稳态严密几何模型，包括对于像点（s，1)，根据在轨 几何定标获取的探元指向角模型确定探元S在相机坐标系下的指向，通过轨道模型和姿态 内插模型获取每一行扫描行对应时刻的轨道和姿态作为外方位元素，从而建立每一片TDI C⑶影像每一点（s，l)的严密成像几何模型；其中，s为某单片TDI C⑶影像上任意一个探 元的探元序号，1为某单片TDI C⑶影像上任意一行的行号； 步骤2,构建虚拟C⑶稳态成像严密几何模型，包括设定与多个单片TDI C⑶拼接 长度相等的虚拟单线阵CCD，在实际成像基础上，确定虚拟单线阵CCD的内方位元素，并设 定卫星匀速推扫成像每一扫描时间以及稳定的轨道模型和姿态模型，从而建立虚拟CCD影 像上任一点（s'，1'）的严格成像几何模型；其中，s'为虚拟单线阵C⑶上任意一个探元的 探元序号，1'为虚拟C⑶影像上任意一行的行号； 步骤3,采用地形独立法，根据虚拟C⑶稳态成像严密几何模型得到有理函数模 型，代替虚拟CCD稳态成像严密成像几何模型； 步骤4,虚拟CCD稳态重成像，包括以物方作为参考，通过步骤1和3所得结果，建 立单片TDI C⑶影像与虚拟CXD重成像影像的一一映射关系，从而根据原始的单片TDKXD 影像生成传感器校正后影像。 而且，步骤1中，利用探元指向角模型确定探元s在相机坐标系下的指向计算实现 如下， 其中，ax;, 多项式系数，i = 0, 1，2, 3, Φ x(s)和ity(s)为与探元序号s相应 的相机像方矢量在相机坐标系下的指向角。 而且，步骤1中，所采用的轨道模型是以时间为变量的三次多项式模型，姿态模型 采用以时间为变量的拉格朗日模型，时间通过行号1确定。 而且，步骤1中所得每一片TDI C⑶影像每一点的严密成像几何模型，建立了像点 图像坐标（s，1)与对应物点坐标（X，Y，Z)的关系如下， 其中，λ为比例系数，念为成像过程中像方矢量与物方矢量之间的旋转矩阵，与 成像时间有关，计算如下， 其中，均为3X3的方阵，分别代表卫星本体坐标系到传感 器坐标系、J2000坐标系到卫星本体坐标系以及WGS84坐标系到J2000坐标系的旋转矩阵。 而且，步骤2中，虚拟单线阵C⑶沿轨方向放置在所有单片TDI CXD的中间位置， 垂轨方向视场覆盖了多个单片TDI CCD共同覆盖的视场范围。 而且，步骤2中，稳定的轨道模型和姿态模型采用以成像时间为变量的三次多项 式模型，对于虚拟影像上任意一行1'，通过行号1'计算成像时间t'，从而内插出成像时刻 的轨道和姿态。 而且，步骤3中，所述地形独立法实现方式为，首先将虚拟CCD稳态成像的影像范 围划分为mXn个格网，则产生了（m+1) X (n+1)个均匀分布的格网点；然后在三维空间确定 若干高程面，通过虚拟CCD稳态成像严密几何模型计算格网点对应高程面上的空间三维坐 标，得到多个虚拟控制点；最后采用最小二乘法通过虚拟控制点解算有理函数模型的多项 式系数。 而且，步骤4中，建立单片TDI C⑶影像与虚拟CXD重成像影像的--映射关系实 现方式为，以物方为基准，首先利用步骤1所得原始的单片TDI CCD影像的严密成像几何模 型，计算某一扫描行上某一点（s，1)与地面的交点（B，L，H)，H为高程；然后利用步骤3所 得有理函数模型将（B，L，H)反算到虚拟扫描景坐标（s'，1'），然后通过重采样获取虚拟扫 描景灰度值。 本专利技术还相应提供一种高分辨率光学推扫卫星稳态重成像的传感器校正系统，包 括以下模块， 物理单片模型构建模块，用于构建单片TDI C⑶非稳态严密几何模型，包括对于像 点（s，1)，根据在轨几何定标获取的探元指向角模型确定探元s在相机坐标系下的指向，通 过轨道模型和姿态内插模型获取每一行扫描行对应时刻的轨道和姿态作为外方位元素，从 而建立每一片TDI C⑶影像每一点（s，l)的严密成像几何模型；其中，s为某单片TDI C⑶ 影像上任意一个探元的探元序号，1为某单片TDI C⑶影像上任意一行的行号； 虚拟线阵模型构建模块，用于构建虚拟CCD稳态成像严密几何模型，包括设定与 多个单片TDI CCD拼接长度相等的虚拟单线阵CCD，在实际成像基础上，确定虚拟单线阵 CCD的内方位元素，并设定卫星匀速推扫成像每一扫描时间以及稳定的轨道模型和姿态模 型，从而建立虚拟C⑶影像上任一点（s'，1'）的严格成像几何模型；其中，s'为虚拟单线阵 C⑶上任意一个探元的探元序号，1'为虚拟C⑶影像上任意一行的行号； 有理函数模型生成模块，用于采用地形独立法，根据虚拟C⑶稳态成像严密几何 模型得到有理函数模型，代替虚拟C⑶稳态成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分辨率光学推扫卫星稳态重成像的传感器校正方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，构建单片TDI CCD非稳态严密几何模型，包括对于像点(s，l)，根据在轨几何定标获取的探元指向角模型确定探元s在相机坐标系下的指向，通过轨道模型和姿态内插模型获取每一行扫描行对应时刻的轨道和姿态作为外方位元素，从而建立每一片TDI CCD影像每一点(s，l)的严密成像几何模型；其中，s为某单片TDI CCD影像上任意一个探元的探元序号，l为某单片TDI CCD影像上任意一行的行号；步骤2，构建虚拟CCD稳态成像严密几何模型，包括设定与多个单片TDI CCD拼接长度相等的虚拟单线阵CCD，在实际成像基础上，确定虚拟单线阵CCD的内方位元素，并设定卫星匀速推扫成像每一扫描时间以及稳定的轨道模型和姿态模型，从而建立虚拟CCD影像上任一点(s'，l')的严格成像几何模型；其中，s'为虚拟单线阵CCD上任意一个探元的探元序号，l'为虚拟CCD影像上任意一行的行号；步骤3，采用地形独立法，根据虚拟CCD稳态成像严密几何模型得到有理函数模型，代替虚拟CCD稳态成像严密成像几何模型；步骤4，虚拟CCD稳态重成像，包括以物方作为参考，通过步骤1和3所得结果，建立单片TDI CCD影像与虚拟CCD重成像影像的一一映射关系，从而根据原始的单片TDI CCD影像生成传感器校正后影像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王密，朱映，金淑英，李德仁，龚健雅，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42