一种光学遥感器内方位元素及畸变测试系统及方法技术方案

一种光学遥感器内方位元素及畸变测试系统及方法，包括：平行光管、光电自准直仪、测试平台、数据处理系统。数据处理系统根据待测光学遥感器的视场角确定n组测试数据并根据光电自准直仪测试得到的平行光管光轴的角度偏移量以及平行光管分划板在待测光学遥感器探测器上的成像位置，确定待测光学遥感器的内方位元素和待测光学遥感器的相机畸变。测试平台根据测试数据改变平行光管的位置，使平行光管光轴与待测光学遥感器光轴之间的夹角等于测试旋转角，同时使平行光管物镜的中心到待测光学遥感器光轴的垂直距离等于与测试旋转角对应的测试高度。本发明专利技术解决了传统内方位元素测试装置不适用于入瞳位置距离镜头较远的长焦距、大宽幅型光学遥感器的问题。

A Measuring System and Method for Internal Azimuth Elements and Distortions of Optical Remote Sensors

【技术实现步骤摘要】
一种光学遥感器内方位元素及畸变测试系统及方法
本专利技术涉及一种光学遥感器内方位元素及畸变测试系统及方法，属于光学遥感器测试领域。
技术介绍
为了使图像的信息准确描述空间物点的精确位置，需要对光学遥感器进行内方位元素精密标定，内方位元素的高精度测试可为实现卫星的绘图、定位精度提供保证。目前的光学遥感器内方位元素采用精密测角法进行标定，标定方法原理示意图如图3所示：N′为被测相机物镜的后节点，O为像面中心，P为像面主点位置，p为像面主点P与像面中心O间的距离，角度ΔW是主点和像面中心偏差造成的角度，f为被测相机主距，Si为测量点，Si’为该测量点的理论位置，Di为Si和Si’实际位置差值。Li为Si距像面中心O点的距离，Wi为测量点理论位置S’i对应像面中心O点的偏角。控制精密转台改变一个角度，控制地面检测设备采集相应的图像，获取多个测点角度Wi及对应像元位置Li，以所有测点畸变平方和最小为约束条件，就可根据最小二乘算法求解主距f、主点P等内方位元素。现有测绘相机均采用线阵探测器，目前，为满足我国民用领域日益增长的高空间分辨率和高时间分辨率遥感图像数据的需求，同时满足对特定目标和热点区域具备监测能力的需求，研制高分辨率大宽幅光学遥感器系统成为一种迫切需求。大宽幅光学遥感器意味着线阵焦面长，至少是原来小的CCD拼接焦面的2～3倍，而且应用于民用测绘领域的遥感器内方位元素测试精度要高(例如按照焦面线阵长度方向每隔2～3mm一个测点进行测试，并且进行多次重复测试)。对长焦距、大宽幅的光学遥感器利用传统的精密测角法设备进行高精度内方位元素测试，存在三个方面的问题：(1)测试设备规模要求太大，无法满足现有技术一般采用精密测角法完成内方位元素的测试，测试时需要被测相机相对于平行光管旋转多个固定角度，使平行光管的靶标成像在被测相机焦面的不同位置，通过旋转角度值和焦面上靶标像的位移量即可解算出被测相机的内方位元素。测试过程中需要保证在任一测点位置时，平行光管口径能够完全覆盖被测相机入瞳。如专利技术专利CN102494698B所述，一般通过将被测相机入瞳放置在二维转台的转轴处的方式来保证。高分辨率遥感器的焦距长，其入瞳位置在镜头后方更远的位置，若采用现有测试方法，需要将遥感器入瞳位置放置在高精度二维转台的转轴中心，则需要尺寸很大的高精度二维转台实现被测相机绕入瞳旋转，且要求平行光管口径尺寸很大。这对内方位元素测试设备提出规模很大的要求，目前的测试设备都无法满足。(2)测试为非自主联动模式采用现有测试方法，测量操作人员对测试设备的手动调整时间较长，对于长焦距、大宽幅遥感器的内方位元素测试来说，测试时间长，测试效率较低。例如对于线阵600mm的大焦面来说，按照线阵长度方向每隔2mm一个点进行测试，一轮测试就需要测试300个点，每个点测试时间为2分钟(测试时间包括平行光管系统移动、平行光管系统稳定时间以及图像采集时间)，那么单轮测试就需要测试600分钟。并且需要进行多次重复测试，这对幅宽大的遥感器测试带来可行性问题；(3)测试数据处理时间长，测试结果不及时传统测试方法需要在测试结束后进行大量图像数据、旋转角度值等数据处理之后才能得到测试结果，耗时在1-2天左右，因此无法对每次测试数据的有效性进行及时判定，也无法根据指标要求对总测试次数进行确定。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光学遥感器内方位元素及畸变测试系统及方法，解决了现有测试设备规模需求庞大、测试时间长效率低及测试结果不及时的问题。本专利技术的技术方案是：一种光学遥感器内方位元素及畸变测试系统，包括：平行光管、光电自准直仪、测试平台、数据处理系统；平行光管：用于产生射入待测光学遥感器的平行光源；光电自准直仪：用于测试所述平行光管光轴的角度偏移量；数据处理系统：根据待测光学遥感器的视场角确定n组测试数据，n为正整数；每组测试数据包括测试旋转角和测试高度；获取每组测试数据对应的平行光管分划板在待测光学遥感器探测器上的成像位置；根据所述光电自准直仪测试得到的平行光管光轴的角度偏移量以及所述平行光管分划板在待测光学遥感器探测器上的成像位置，确定待测光学遥感器的内方位元素和待测光学遥感器的相机畸变；所述平行光管和待测光学遥感器放置在所述测试平台上；测试平台：根据所述数据处理系统确定的n组测试数据改变所述平行光管的位置，使所述平行光管的光轴与待测光学遥感器的光轴之间的夹角等于测试旋转角，同时使平行光管物镜的中心到待测光学遥感器光轴的垂直距离等于与所述测试旋转角对应的测试高度。所述数据处理系统确定的每个测试高度对应个测试旋转角，n和m均为正整数，且m＜n。一种利用上述的测试系统进行光学遥感器内方位元素及畸变测试的方法，包括步骤如下：1)根据待测光学遥感器的视场角确定n组测试数据；2)根据步骤1)确定的测试数据，调整测试系统，获得每组测试数据对应的平行光管分划板在待测光学遥感器探测器上的成像位置xfi,yfi以及每个测试数据对应的平行光管的角度偏移量；3)根据步骤2)获得的所述成像位置和所述角度偏移量，确定成像偏移因子；4)根据所述成像偏移因子，确定姿态误差；判定姿态误差是否满足姿态误差判据，若满足姿态误差判据则进入步骤5)，若不满足姿态误差判据则迭代处理所述成像偏移因子，直至根据迭代处理后获得的成像偏移因子确定的姿态误差满足姿态误差判据进入步骤5)；5)根据满足姿态误差判据的姿态误差和该姿态误差对应的成像偏移因子确定主距修正量；6)判定所述主距修正量是否满足主距判据，若满足主距判据则进入步骤7)，若不满足主距判据则迭代所述确定的主距修正量，直至主距修正量满足主距判据，进入步骤7)；7)根据步骤6)确定的主距修正量，确定待测光学遥感器的内方位元素和畸变。所述步骤1)根据待测光学遥感器的视场角确定n组测试数据的方法，其特征在于：所述每组测试数据包括测试旋转角ui和与所述测试旋转角对应的测试高度hk，具体为：其中，hk对应个ui，α为待测光学遥感器的视场角，R∈[100″,500″]；k＝1,2,...,m，m为正整数且m＜n，的取值范围为3-5，R为所述平行光管出瞳到待测光学遥感器入瞳的距离，uDs为第个测试旋转角，uUs为第个测试旋转角，h0为测试初始时刻所述平行光管焦点与所述待测光学遥感器焦点之间在竖直方向上的高度差。所述步骤2)根据步骤1)确定的测试数据，调整测试系统的方法，其特征在于：调整平行光管的位置，使所述平行光管的光轴与待测光学遥感器的光轴之间的夹角等于测试旋转角，同时使平行光管物镜的中心到待测光学遥感器光轴的垂直距离等于与所述测试旋转角对应的测试高度。所述步骤4)迭代处理所述成像偏移因子以及确定姿态误差(bxt,byt,bzt)的方法，具体为：当t＝0时，其中，qxi为与ui对应的平行光管在竖直面内的角度偏移量，qyi为与ui对应的平行光管在水平面内的角度偏移量；xfi,yfi为与ui对应的平行光管分划板在待测光学遥感器探测器上的成像位置，psi为待测光学遥感器的偏场角；f为待测光学遥感器的焦距设计值。所述判定姿态误差是否满足姿态误差判据的方法，具体为：若bxt、byt、bzt均小于或等于0.01″，则判定姿态误差满足姿态误差判据；反之，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学遥感器内方位元素及畸变测试系统，其特征在于，包括：平行光管(3)、光电自准直仪、测试平台(2)、数据处理系统(11)；平行光管(3)：用于产生射入待测光学遥感器(1)的平行光源；光电自准直仪：用于测试所述平行光管(3)光轴的角度偏移量；数据处理系统(11)：根据待测光学遥感器(1)的视场角确定n组测试数据，n为正整数；每组测试数据包括测试旋转角和测试高度；获取每组测试数据对应的平行光管(3)分划板在待测光学遥感器(1)探测器上的成像位置；根据所述光电自准直仪测试得到的平行光管(3)光轴的角度偏移量以及所述平行光管(3)分划板在待测光学遥感器(1)探测器上的成像位置，确定待测光学遥感器(1)的内方位元素和待测光学遥感器(1)的相机畸变；所述平行光管(3)和待测光学遥感器(1)放置在所述测试平台(2)上；测试平台(2)：根据所述数据处理系统(11)确定的n组测试数据改变所述平行光管(3)的位置，使所述平行光管(3)的光轴与待测光学遥感器(1)的光轴之间的夹角等于测试旋转角，同时使平行光管(3)物镜的中心到待测光学遥感器(1)光轴的垂直距离等于与所述测试旋转角对应的测试高度。

【技术特征摘要】
1.一种光学遥感器内方位元素及畸变测试系统，其特征在于，包括：平行光管(3)、光电自准直仪、测试平台(2)、数据处理系统(11)；平行光管(3)：用于产生射入待测光学遥感器(1)的平行光源；光电自准直仪：用于测试所述平行光管(3)光轴的角度偏移量；数据处理系统(11)：根据待测光学遥感器(1)的视场角确定n组测试数据，n为正整数；每组测试数据包括测试旋转角和测试高度；获取每组测试数据对应的平行光管(3)分划板在待测光学遥感器(1)探测器上的成像位置；根据所述光电自准直仪测试得到的平行光管(3)光轴的角度偏移量以及所述平行光管(3)分划板在待测光学遥感器(1)探测器上的成像位置，确定待测光学遥感器(1)的内方位元素和待测光学遥感器(1)的相机畸变；所述平行光管(3)和待测光学遥感器(1)放置在所述测试平台(2)上；测试平台(2)：根据所述数据处理系统(11)确定的n组测试数据改变所述平行光管(3)的位置，使所述平行光管(3)的光轴与待测光学遥感器(1)的光轴之间的夹角等于测试旋转角，同时使平行光管(3)物镜的中心到待测光学遥感器(1)光轴的垂直距离等于与所述测试旋转角对应的测试高度。2.根据权利要求1所述的一种光学遥感器内方位元素及畸变测试系统，其特征在于，所述数据处理系统(11)确定的每个测试高度对应个测试旋转角，n和m均为正整数，且m＜n。3.一种利用如权利要求2所述的测试系统进行光学遥感器内方位元素及畸变测试的方法，其特征在于，包括步骤如下：1)根据待测光学遥感器(1)的视场角确定n组测试数据；2)根据步骤1)确定的测试数据，调整测试系统，获得每组测试数据对应的平行光管(3)分划板在待测光学遥感器(1)探测器上的成像位置xfi,yfi以及每个测试数据对应的平行光管(3)的角度偏移量；3)根据步骤2)获得的所述成像位置和所述角度偏移量，确定成像偏移因子；4)根据所述成像偏移因子，确定姿态误差；判定姿态误差是否满足姿态误差判据，若满足姿态误差判据则进入步骤5)，若不满足姿态误差判据则迭代处理所述成像偏移因子，直至根据迭代处理后获得的成像偏移因子确定的姿态误差满足姿态误差判据进入步骤5)；5)根据满足姿态误差判据的姿态误差和该姿态误差对应的成像偏移因子确定主距修正量；6)判定所述主距修正量是否满足主距判据，若满足主距判据则进入步骤7)，若不满足主距判据则迭代所述确定的主距修正量，直至主距修正量满足主距判据，进入步骤7)；7)根据步骤6)确定的主距修正量，确定待测光学遥感器(1)的内方位元素和畸变。4.根据权利要求3所述的一种光学遥感器内方位元素及畸变测试方法，其特征在于，所述步骤1)根据待测光学遥感器(1)的视场角确定n组测试数据的方法，其特征在于：所述每组测试数据包括测试旋转角ui和与所述测试旋转角对应的测试高度hk，具体为：其中，hk对应个ui，α为待测光学遥感器(1)的视场角，R∈...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东杰，郑君，李重阳，马丽娜，焦文春，赵英龙，贾馨，岳丽清，刘君航，王静怡，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11