多条带扫描成像模型的设计及定位方法技术

本发明专利技术针对三线阵立体成像的缺陷，提出了多条带扫描立体成像方式，以弱化高分辨率线阵成像对卫星稳定度的过高要求，并提出相应的高精度几何定位理论和方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种成像模型及其几何定位方法，试用于航天遥感卫星进行测图的领域。
技术介绍
遥感卫星成像技术及其立体成像能力的发展，使得卫星测绘成为了地理空间信息获取与持续更新的主要手段之一。国际、国内已开发出的三线阵CCD测绘相机，已经证实了其具有单线阵和双线阵CCD测绘相机不可比拟的优点，特别是在目前星载大面阵立体测绘相机无法实现的情况下，这种系统已经成为目前测绘卫星的主流立体成像方式。多线阵立体成像的几何定位精度强烈地依赖于卫星平台的稳定度和姿态测量精度；同时，各扫描行的外方位元素的强相关性，以及三线阵立体成像的复杂性也造成了应用的困难。线阵立体成像不同于框幅式成像，后者服从中心投影，采用共线方程建立严密的传感器模型；前者则是沿轨方向服从平行投影，横轨方向服从中心投影，各扫描行的外方位元素随时间变化，并存在很强的相关性。在研究MOMS摄影测量算法中发现，动态摄影影像的光束法平差存在外方位元素间的相关性，单航线光束法平差精度不好，航线长度小于4 条单基线(正视相机与前、后视相机构成的基线)时更得不到确定的解，必须加入导航数据 (摄站坐标，於ω、K )记录值，进行联合平差。外方位元素间的强相关性造成了高分辨率线阵立体影像处理的困难。通用成像模型与具体的传感器成像无关，直接采用数学函数，如多项式、直接线性变换、仿射变换模型、平行光投影模型以及有理多项式模型(RPC模型)等形式描述地面点与相应像点之间的几何关系。例如利用仿射变换模型对线阵推扫式卫星遥感影像进行处理。IKONOS卫星的成功发射推动了对有理函数模型RPC的全面研究，RPC是传感器成像模型的一种更广泛的表达方式，它适用于各类传感器包括最新的航空和航天传感器模型。
技术实现思路
本专利技术主要在深入研究高分辨率测绘卫星立体成像机理的基础上，针对三线阵立体成像的缺陷，提出了多条带扫描立体成像方式的设计思想，弱化高分辨率线阵成像对卫星稳定度的过高要求，并探索相应的高精度几何定位理论和方法。本专利技术的第一方案的多条带扫描成像模型的设计方法，其特征在于包括通过在卫星上安置前视、正视和后视三台条带推扫式相机(XD，获得多条带影像的步骤，对所述多条带扫描影像设计严格的成像模型的步骤，以及对所述多条带扫描影像进行定位的步骤。本专利技术的第二方案的多条带扫描成像模型的设计方法，在上述第一方案的基础上，其特征在于对所述获得多条带影像的步骤，包括通过对每一台条带相机摄得的三线阵影像按3倍采样时间间隔提取各线阵传感器同一扫描周期的影像，进行拼接得到完整影像的步骤。本专利技术的第三方案的多条带扫描成像模型的设计方法，在上述第一方案的基础上，其特征在于对所述多条带扫描影像设计严格的成像模型的步骤，包括根据CCD单元的大小、焦距、每个条带CCD线阵个数以及CCD单元在线阵列中的位置确定其对应的成像光线在卫星本体系下的坐标的步骤，根据确认卫星的俯仰角、滚动角和偏航角，计算出成像光线在轨道坐标系下的视线方向的步骤，通过模拟实现TSS成像光线与地球表面交会，将成像光线在所述轨道坐标系下的坐标转换到地心地固坐标系下的步骤。本专利技术的第四方案的多条带扫描成像模型的设计方法，在上述第一方案的基础上，其特征在于对所述多条带扫描影像进行定位的步骤，包括通过将成像光线与DEM迭代求交，逐步确定成像光线与地面相交点在地心地固坐标系下坐标的步骤，根据成像参数解算传感器坐标系到卫星平台坐标系的变换关系的步骤，建立TSS影像后方交会的数学模型，针对定向参数之间的强相关性，采用谱修正的方法进行去相关处理的步骤。附图说明图1示出TLS (三线阵)与TSS (三条带)立体成像的区别。图2示出TSS正视相机构像过程。图3为TSS影像的CXD线阵模拟示意图。图4示出成像光线与DEM迭代求交过程。图5示出TSS影像的局部框幅坐标系、影像文件坐标系、传感器坐标系之间的关系。图6示出TSS影像的局部框幅坐标系、影像文件坐标系、传感器坐标系之间的关系。具体实施例方式在本专利技术中设计了三条带传感器，三条带(three-strips scanner，TSQ传感器成像模型如图1所示，具有前视、正视和后视三台条带推扫式相机，通过卫星的前向飞行运动各视传感器推扫获得影像条带。与三线阵CCD相机成像相比，TSS成像的前视、正视和后视不再是一条C⑶线阵，而是由三条线阵CXD组成，在一个扫描周期内，TSS的前视、正视和后视相机分别获取三行影像(即一个条带)，因此TSS成像具有“条带中心投影”的特点，在一个采样周期内每一个条带对应一组外方位元素，在不同的采样周期内，外方位元素处于实时变化中，各相邻条带的外方位元素间存在一定的关系。条带推扫式成像依然存在推扫过程中，外方位元素值的动态变化，但其需要的外方位元素的记录组数明显减少，有利于外方位元素的确定、影像定位精度的提高、减少卫星平台稳定度需求等，是对TLS的显著改进。如图2所示，每一条带由3个线阵CXD传感器(A、B、C)组成，在每一成像周期，这三个线阵传感器同时成像，类似于一个小框幅相机，获取一个条带影像，随着卫星的前向飞行运动，完成对地的连续覆盖。由于采用了 3个线阵CCD传感器，则同一地名点A将会在三个线阵传感器上成像，如图2中al、a2、a3所示，需要一幅输出影像，为此将线阵传感器A、 B、C所获取的影像按3 Δ t的时间间隔提取同一扫描周期获取的影像，最终拼接获得一幅完整的影像。本专利技术对TSS立体成像方式进行了设计，根据C⑶单元的大小、焦距、每个条带CXD 线阵个数以及CCD单元在线阵列中的位置确定其对应的成像光线在卫星本体系下的坐标。以投影中心为坐标原点O1建立卫星本体系，投影中心与正视相机线阵面的中央 CXD单元连线为\轴，方向向上为正，X1轴平行于正视相机的中央行CXD线阵方向，Y1轴与 Z1和&轴构成右手平面直角坐标系。如图3所示，前视、正视和后视相机在TSS的焦面上平行排列。对于三视相机的每一个CCD单元，都可以先计算其在焦平面上的平面坐标，然后根据相机焦距，用卫星本体坐标系中的三维坐标来表示其对应的成像光线矢量。假设条带CXD线阵上第line行的Sample个CXD单元对应的成像光线在卫星本体系下的方向为A，则该CCD单元在焦平面上的平面坐标为前视相机χ = ((L-I) /2-sample) X μ χ(1)y = (line-(ff-1) /2) X μ Y+f · tan ( θ f)正视相机χ = ((L-I)/2-sample) X μ x(2)y = (line- (ff-1) /2) X μ Y后视相机χ = ((L-I)/2-sample) X μ x(3)y = (line-(ff-1) /2) X μ Y_f · tan ( θ b)则该CXD单元对应的成像光线在卫星本体系中表示为权利要求1.一种多条带扫描成像模型的设计方法，其特征在于 包括通过在卫星上安置前视、正视和后视三台条带推扫式相机(XD，获得多条带影像的步骤，对所述多条带扫描影像设计严格的成像模型的步骤，以及对所述多条带扫描影像进行定位的步骤。2.根据权利要求1所述的多条带扫描成像模型的设计方法，其特征在于对所述获得多条带影像的步骤，包括通过对每一台条带相机摄得的三线阵影像按3倍采样时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫利，邓非，
申请(专利权)人：武汉大学，闫利，邓非，
类型：发明
国别省市：