[发明专利]一种星载线阵传感器垂轨摆扫影像的几何预处理方法

说明书

技术领域

本发明属于航天与航空摄影测量领域，涉及星载线阵传感器在垂轨摆扫成像方式下的高精度几何预处理方法。

背景技术

线阵CCD（电荷耦合元件图像传感器）是目前获取高分辨率光学卫星影像的主要传感器。在高分辨率光学成像过程中，由于镜头焦距长导致CCD观测视场窄。采用垂轨摆扫成像方式代替沿轨推扫成像方式可以有效增大观测视场角。然而，在垂轨摆扫成像方式下，由于反光镜摆扫运动导致成像关系比较复杂、所得图像的几何畸变很大，这在高精度几何应用中亟需解决。

常规的线阵摆扫影像通过格网点坐标内插来实现系统几何纠正，如果用户希望利用地面控制点对系统几何纠正产品进行更高精度的几何处理就只能采用常规的多项式模型，这样，产品的几何精度（特别是内部几何精度）对地面控制点的分布、数量有较大的依赖性，产品的几何精度难以得到保障。

发明内容

本发明所要解决的问题是：针对星载线阵传感器摆扫成像方式，提供一种高精度的几何预处理方法，以解决图像内部几何畸变大的问题；而且，通过给出图像的有理多项式模型，能够使用户可以利用地面控制点对图像进行后续更高精度的几何处理。

本发明的技术方案为一种星载线阵传感器垂轨摆扫影像的几何预处理方法，进行以下步骤，

步骤1，根据原始单帧图像的成像几何，建立原始单帧图像的共线方程模型；

步骤2，对每个原始单帧图像进行几何纠正处理，包括以下子步骤，

步骤2.1，建立物方局部坐标系和物方切平面坐标系，构建物方局部坐标与地心直角坐标的相互换算关系；

所述物方局部坐标系O-XYZ定义为，经过原始图像中心点的光线与物方平均高程面H₀相交的交点为物方局部坐标系的原点O；XY为物方切平面，与参考椭球面相切，Z轴垂直于XY切平面向上为正；X轴沿飞行方向，Y轴垂直于飞行方向，XYZ组成右手系；物方局部坐标系下的坐标记为物方局部坐标；

物方切平面坐标系O-XY定义为，物方切平面坐标系的原点O、X轴、Y轴都与物方局部坐标系的原点O、X轴、Y轴重合，X轴、Y轴的刻度单位为米；物方切平面坐标系下的坐标记为物方切平面坐标；

步骤2.2，建立切平面图像坐标系，并构建切平面图像坐标与物方局部坐标之间的相互换算关系；

所述切平面图像坐标系O’-X’Y’定义为，位于物方切平面上，切平面图像坐标系的X’轴、Y’轴与物方切平面坐标系的X轴、Y轴平行，X’轴、Y’轴的刻度单位为像素，原点O’为物方切平面坐标系下的图像范围的最小外接矩形的左上角点；切平面图像坐标系下的坐标记为切平面图像坐标；

步骤2.3，对每个原始单帧图像划分虚拟立体格网，计算虚拟立体格网点的地心直角坐标，并将虚拟立体格网点作为控制点，解算原始单帧图像对应的有理多项式模型系数；

步骤2.4，根据步骤2.3所得每个原始单帧图像的有理多项式模型和步骤2.1、步骤2.2，建立每个原始单帧图像坐标与切平面图像坐标之间的正反计算方式；

步骤2.5，基于步骤2.4根据有理多项式模型建立的正反计算方式，对各原始单帧图像进行几何纠正，得到物方切平面坐标系下的帧图像；

步骤3，对步骤2.5所得物方切平面坐标系下的所有帧图像进行基于坐标的拼接，得到拼接后的图像；

步骤4，解算步骤3所得拼接后图像对应的有理多项式模型系数。

而且，步骤1中，建立原始单帧图像的共线方程模型如下，

设R_t、R_GF、R_FB、R_BS分别为t时刻下从地心惯性坐标系到地固地心直角坐标系的旋转矩阵、从轨道坐标系到地心惯性坐标系的旋转矩阵、从本体坐标系到轨道坐标系的旋转矩阵、从相机坐标系到本体坐标系的旋转矩阵,[X_t Y_t Z_t]^T为t时刻卫星质心在地心直角坐标系下的坐标矢量，[x(l) y(l) 1]^T为通过像点p(s,l)的光线在相机坐标系下的矢量，则其对应物点P在地心直角坐标系下的坐标[X_P Y_P Z_P]^T为：