[发明专利]一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法

摘要

本发明涉及一种相机的几何定标方法，特别涉及一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法，属于航空航天领域。本发明采用偏置矩阵补偿面阵相机安装误差和姿轨测量系统误差；根据偏置矩阵补偿面阵相机主点主距误差、光学镜头畸变等建立了内方位元素系统误差补偿模型，实现偏置矩阵补偿面阵相机的高精度几何定标；本发明基于影像模拟技术，能够消除卫星影像与控制影像间成像复杂变形，保障配准控制点精度。且采用偏置矩阵统一补偿线角元素误差，克服参数相关性对平差求解的影响。

主权项

1.一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，利用星载推扫式光学传感器内方位元素和姿态轨道，结合卫星影像对应区域的高精度数字高程模型DEM，构建严密几何成像模型，对卫星影像对应的高精度数字正射影像DOM进行重投影，生成一副与卫星影像相同大小的模拟影像，其中，DOM与DEM数据几何定标场通过航空摄影测量的方式获得；步骤1.1，利用卫星发射前测量的面阵相机内方位元素和卫星的姿态轨道，卫星影像对应区域的高精度DEM数据，构建严密几何成像模型如下，式(1)中，为像点对应的地物点在WGS84坐标系下的地面坐标，为成像时刻卫星在WGS84坐标系下的坐标，为成像时刻J2000坐标系与WGS84坐标系的转换矩阵，为成像时刻卫星本体坐标系与J2000坐标系的转换矩阵，R_U为外定标参数，为相机坐标系与卫星本体坐标系的转换矩阵，m为成像比例，表示WGS84坐标系与相机坐标系间尺度的比例系数，为像点在相机坐标系下的坐标，其中(x,y)为卫星影像任意像点的像空间坐标，(x₀,y₀)为主点，f为主距，(Δx,Δy)为相机畸变；步骤1.2，将卫星影像上的任一个像素，通过步骤1.1构建的严密几何成像模型对应关系求解像素对应的地面坐标，并按地图投影转换公式将地面坐标转换到高精度DOM的投影坐标系下；步骤1.3，获取卫星影像上的像素在高精度DOM上的定位，对该像素进行灰度重采样，得到模拟影像像素灰度；步骤1.4，重复步骤1.1—1.3，直至生成一幅与检校的卫星影像相同大小的模拟影像；步骤2，针对卫星影像与模拟影像，采用相位相关与最小二乘相结合的高精度配准算法进行分块配准，获取控制点；步骤2.1，将卫星影像等间隔划分为若干区域；步骤2.2，针对步骤2.1中划分的若干区域，在各个区域内分别对卫星影像与模拟影像进行配准；步骤2.3，卫星影像与模拟影像之间用仿射模型((x，y)为卫星真实影像的像点坐标；(x′，y′)为卫星模拟影像的像点坐标；a_offset为列方向上的补偿矩阵；b_offset为行方向上的补偿矩阵；)建立对应关系；利用最小二乘法对配准获取的所有配准点对求解，求解出系数(a_offset a_x a_y b_offset b_x b_y)，将系数平差后求得改正数，改正数用来估计单位权中误差；同时根据协因数传播律计算各配准点误差，即得到残差；将残差大于单位权中误差的各配准点剔除；重复进行本操作，直至单位权中误差小于等于0.5。步骤2.4，利用步骤1.1构建的卫星影像严密几何成像模型，将各配准点对中模拟影像像点坐标计算到地面坐标：从而得到检校影像控制点(x,y,X,Y,Z)，(x,y)与(x',y')为配准点对，(x,y)为卫星真实影像的像点坐标，(x',y')为模拟影像上的像点坐标；步骤3，结合严密几何成像模型，式(1)，并利用配准控制点解求外定标参数，将解求得到的外定标参数引入严密成像几何模型，利用控制点解求面阵相机畸变模型，获得内定标参数；步骤3.1，结合严密几何成像模型，并利用配准控制点解求外定标参数的方法如下：记外定标参数为式中a₁,a₂,a₃,b₁,b₂,b₃,c₁,c₂,c₃表示外定标参数R_U的9个元素；为视频卫星姿态的俯仰角，ω为滚动角，κ为偏航角；严密几何成像模型变换为：将其展开有：构建观测方程：列出误差方程：V＝Bx‑l,W   (6)式(6)中，W为权矩阵，利用最小二乘原理x＝(B^TB)^‑1B^Tl，由此计算出外定标参数中的三个角元素步骤3.2，内定标参数获取方法如下：根据对面阵相机内方位元素误差的分析，建立如下内定标模型：式中Δx₀,Δy₀为主点误差，s₁、s₂、s₃、s₄为比例误差系数，k₁、k₂、p₁、p₂为镜头畸变参数，将严密成像几何模型转换为，记则有：构建观测方程：按最小二乘列出误差方程：V₁＝B₁x‑l₁,W₁   (11)式(11)中，W₁为权矩阵，x＝(Δx₀,Δy₀,s₁,s₂,s₃,s₄,k₁,k₂,p₁,p₂)'，利用最小二乘原理由此计算出内定标模型参数。