基于像方指向一致性的光学卫星面阵载荷传感器校正方法技术

本发明专利技术提供了一种基于像方指向一致性的光学卫星面阵载荷传感器校正方法，根据在轨几何定标参数，建立物理分片分波段面阵的探元指向角模型；在相机焦面上设定一个覆盖分片面阵成像视场的完整虚拟大面阵，基于物理子面阵的内定向模型参数确定虚拟大面阵探元指向角范围，划分虚拟控制点，解算虚拟大面阵指向角模型参数；确定虚拟像点对应的物理子面阵片号和粗略物理像点坐标，再基于指向角分辨率计算物理像点坐标解算的迭代初值，解算物理面阵像点的精确行列号，实现任一虚拟像点到物理像点的坐标映射；基于同一个虚拟大面阵，逐波段逐点进行物理像点灰度内插，生成完整的虚拟影像，实现物理分波段分片面阵影像的虚拟化拼接和配准

【技术实现步骤摘要】
基于像方指向一致性的光学卫星面阵载荷传感器校正方法


[0001]本专利技术属于光学卫星遥感影像几何处理领域，涉及一种基于像方指向一致性的光学卫星面阵载荷传感器校正方案
。

技术介绍

[0002]面阵传感器可以立即获得完整的二维图像，使卫星具有灵活
、
稳定和高效的对地观测能力，是低轨视频卫星和静止轨道光学卫星的主流成像器件
。
低轨
Jilin
‑
1、Beijing
‑
1、SkySat
‑
1/2
卫星和静轨
GF
‑4卫星等均搭载了这类传感器
。
为实现兼顾大幅宽和高空间分辨率的光学成像，光学卫星通常会采用多片组合
、
多波段分时的成像体制，提升高空间分辨率光学卫星的观测性能
。
然而，相机结构的复杂设计会引起原始影像存在多片成像不连续
、
多波段未配准等问题，不利于影像的后续应用
。
传感器校正即是针对传感器的成像特点，建立原始影像与校正后影像像点间的几何映射关系，通过灰度赋值生成满足高精度拼接和配准要求的完整
、
有效影像，并统一分波段影像的几何成像模型，为后续处理与应用提供高精度标准影像产品
。
其中像点对应关系的建立是实现高精度传感器校正的关键，为保证校正后影像具有原始影像一致的几何精度，目前针对光学卫星的线阵载荷开展了较多研究
。
线阵载荷中多通过先将原始像点转换到物方再反算到校正后影像的像点，是一种基于物方一致性的方式
。
这种方法在转换到物方过程中需要依赖额外的高程参考数据，且基于严格几何成像模型进行像点到物点转换时涉及多类坐标系的转化，计算复杂度较高
。
对于面阵载荷而言，原始影像与校正后影像中的所有像点共享一组外定向模型参数，从像方到物方再反算回像方的间接映射过程是繁琐和重复的，因此，有必要针对面阵载荷的成像特点，研究一种更加适用的像点坐标映射方法，实现面阵影像的高精度传感器校正
。

技术实现思路

[0003]为了克服以上技术问题，本专利技术针对光学卫星面阵载荷，提出一种新的传感器校正技术方案，基于像方指向的一致性建立原始影像与校正后影像像点的映射关系，实现多片多波段面阵影像的虚拟化拼接与配准处理
。
[0004]本专利技术提供一种基于像方指向一致性的光学卫星面阵载荷传感器校正方法，包括以下步骤：
[0005]根据在轨几何定标参数，建立物理分片分波段面阵的探元指向角模型；
[0006]在相机焦面上设定一个覆盖分片面阵成像视场的完整虚拟大面阵，基于物理子面阵的内定向模型参数确定虚拟大面阵探元指向角范围，通过等间隔划分构成一系列的虚拟控制点，采用最小二乘法解算虚拟大面阵指向角模型参数；
[0007]根据像方指向的一致性，先确定虚拟像点对应的物理子面阵片号和粗略物理像点坐标，再基于指向角分辨率计算物理像点坐标解算的迭代初值，最后基于牛顿法解算物理面阵像点的精确行列号，实现任一虚拟像点到物理像点的坐标映射；
[0008]基于同一个虚拟大面阵，逐波段逐点进行物理像点灰度内插，生成完整的虚拟影
像，实现物理分波段分片面阵影像的虚拟化拼接和配准
。
[0009]而且，所述建立物理分片分波段面阵的探元指向角模型，实现方式如下，
[0010]通过拟合面阵中探元在相机坐标系下的指向角来构建内定向模型，设有
M
片物理子面阵，
M
＝
N1×
N2，
N1为行方向分片数，
N2为行方向分片数，通过滤光片的分时成像形成
K
个波段，每片面阵包括
S
×
L
个像素，相邻片间的重叠像元数为
P
，基于给定的在轨几何定标参数，建立每片面阵的内定向模型如下，
[0011][0012]其中，
(s,l)
为探元编号；和为与探元
(s,l)
对应的相机像方矢量在相机坐标系下指向角；
m
为片号，
k
为波段编号；
a
0,m,k
,a
1,m,k
,
…
,a
9,m,k
为第
k
波段第
m
片面阵
x
方向的内定向模型参数；
b
0,m,k
,b
1,m,k
,
…
b
9,m,k
为第
k
波段第
m
片面阵
y
方向的内定向模型参数
。
[0013]而且，所述在相机焦面上设定一个覆盖分片面阵成像视场的完整虚拟大面阵，实现方式如下，
[0014]在相机焦面上设定一个完整的虚拟大面阵，该面阵覆盖
N1×
N2片物理面阵的成像视场，基于物理子面阵的大小及相邻面阵重叠像元数，计算物理大面阵的像元数量，表示为
S'
×
L'
，且该面阵与物理分片面阵在同一相机坐标系下共享相机焦距和主点参数；
[0015]基于探元指向角构建虚拟大面阵的内定向模型，，如下式，
[0016][0017]其中，
(s',l')
为虚拟大面阵的探元编号，和为与探元序号
(s',l')
对应的相机像方矢量在相机坐标系下指向角；
a
′0,a
′1,
…
,a
′9为虚拟大面阵
x
方向的内定向模型参数；
b
′0,b
′1,
…
,b
′9为虚拟大面阵
y
方向的内定向模型参数
。
[0018]而且，所述解算虚拟大面阵指向角模型参数，实现方式包括如下步骤，
[0019]21)
确定探元指向角的范围，包括根据第1波段的
N
×
N
片物理子面阵的内定向模型参数，分别确定
x
方向和
y
方向的指向角范围，按下式计算，
[0020]LX
min
＝
a
0,1,1
[0021]LY
min
＝
b
0,1,1
[0022]LX
max
＝
a
0,M,1
+a
1,M,1
S+a
2,M,1
L+a
3,M,1
SL+a
4,M,1
S2+a
5,M,1
L2+a
6,M,1
S2L+a
7,M,1
SL2+a
8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于像方指向一致性的光学卫星面阵载荷传感器校正方法，其特征在于，包括以下步骤：根据在轨几何定标参数，建立物理分片分波段面阵的探元指向角模型；在相机焦面上设定一个覆盖分片面阵成像视场的完整虚拟大面阵，基于物理子面阵的内定向模型参数确定虚拟大面阵探元指向角范围，通过等间隔划分构成一系列的虚拟控制点，采用最小二乘法解算虚拟大面阵指向角模型参数；根据像方指向的一致性，先确定虚拟像点对应的物理子面阵片号和粗略物理像点坐标，再基于指向角分辨率计算物理像点坐标解算的迭代初值，最后基于牛顿法解算物理面阵像点的精确行列号，实现任一虚拟像点到物理像点的坐标映射；基于同一个虚拟大面阵，逐波段逐点进行物理像点灰度内插，生成完整的虚拟影像，实现物理分波段分片面阵影像的虚拟化拼接和配准
。2.
如权利要求1所述一种基于像方指向一致性的光学卫星面阵载荷传感器校正方法，其特征在于：所述建立物理分片分波段面阵的探元指向角模型，实现方式如下，通过拟合面阵中探元在相机坐标系下的指向角来构建内定向模型，设有
M
片物理子面阵，
M
＝
N1×
N2，
N1为行方向分片数，
N2为行方向分片数，通过滤光片的分时成像形成
K
个波段，每片面阵包括
S
×
L
个像素，相邻片间的重叠像元数为
P
，基于给定的在轨几何定标参数，建立每片面阵的内定向模型如下，其中，
(s,l)
为探元编号；和为与探元
(s,l)
对应的相机像方矢量在相机坐标系下指向角；
m
为片号，
k
为波段编号；
a
0,m,k
,a
1,m,k
,
…
,a
9,m,k
为第
k
波段第
m
片面阵
x
方向的内定向模型参数；
b
0,m,k
,b
1,m,k
,
…
b
9,m,k
为第
k
波段第
m
片面阵
y
方向的内定向模型参数
。3.
如权利要求2所述一种基于像方指向一致性的光学卫星面阵载荷传感器校正方法，其特征在于：所述在相机焦面上设定一个覆盖分片面阵成像视场的完整虚拟大面阵，实现方式如下，在相机焦面上设定一个完整的虚拟大面阵，该面阵覆盖
N1×
N2片物理面阵的成像视场，基于物理子面阵的大小及相邻面阵重叠像元数，计算物理大面阵的像元数量，表示为
S'
×
L'
，且该面阵与物理分片面阵在同一相机坐标系下共享相机焦距和主点参数；基于探元指向角构建虚拟大面阵的内定向模型，如下式，其中，
(s',l')
为虚拟大面阵的探元编号，和为与探元序号
(s',l')
对应的相机像方矢量在相机坐标系下指向角；
a'0,a1',
…
,a'9为虚拟大面阵
x
方向的内定向模型参数；
b'0,b1',
…
,b'9为虚拟大面阵
y
方向的内定向模型参数
。4.
如权利要求3所述一种基于像方指向一致性的光学卫星面阵载荷传感器校正方法，其特征在于：所述解算虚拟大面阵指向角模型参数，实现方式包括如下步骤，
21)
确定探元指向角的范围，包括根据第1波段的
N
×
N
片物理子面阵的内定向模型参
数，分别确定
x
方向和
y
方向的指向角范围，按下式计算，
LX
min
＝
a
0,1,1
LY
min
＝
b
0,1,1
LX
max
＝
a
0,M,1
+a
1,M,1
S+a
2,M,1
L+a
3,M,1
SL+a
4,M,1
S2+a
5,M,1
L2+a
6,M,1
S2L+a
7,M,1
SL2+a
8,M,1
S3+a
9,M,1
L3LY
max
＝
b
0,M,1
+b
1,M,1
S+b
2,M,1
L+b
3,M,1
SL+b
4,M,1
S2+b
5,M,1
L2+b
6,M,1
S2L+b
7,M,1
SL2+b
8,M,1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王密，郭贝贝，皮英冬，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：