一種光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于攝影成像測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模 型構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在攝影成像測量技術(shù)中，嚴(yán)密成像幾何模型是與傳感器緊密相關(guān)的，對于不同類 型的傳感器需要不同的成像模型。隨著各種新型航空和航天傳感器的出現(xiàn)，從應(yīng)用的角度， 為了處理這些新型傳感器的數(shù)據(jù)，用戶需要改變他們的軟件或者增加新的傳感器成像模型 到他們的系統(tǒng)中，這給用戶帶來諸多不便。另外，嚴(yán)密成像模型并非總能得到，因?yàn)閲?yán)密成 像模型的建立需要了解傳感器物理特性以及航空和航天傳感器影像的成像機(jī)理。尤其是， 難以構(gòu)建光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于提出一種光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型構(gòu)建方法，用于構(gòu)建適 用于光學(xué)遙感衛(wèi)星影像處理的嚴(yán)密成像幾何模型，為光學(xué)遙感衛(wèi)星影像的高精度幾何處理 提供基礎(chǔ)模型，從而在實(shí)現(xiàn)光學(xué)遙感衛(wèi)星影像的高精度平面、立體幾何處理時(shí)，建立了影像 像點(diǎn)坐標(biāo)與地面坐標(biāo)的嚴(yán)密幾何關(guān)系。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明提出的光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型構(gòu)建方法包括以下步驟：步 驟1. 1，建立光學(xué)遙感衛(wèi)星影像各像點(diǎn)坐標(biāo)在相機(jī)測量坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)關(guān)系；步驟1. 2， 建立光學(xué)遙感衛(wèi)星相機(jī)測量坐標(biāo)系與光學(xué)遙感衛(wèi)星整星基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換關(guān)系；步驟1. 3,建立 針對光學(xué)遙感衛(wèi)星相機(jī)系統(tǒng)、光學(xué)遙感衛(wèi)星姿態(tài)測量系統(tǒng)的安裝所導(dǎo)致的光學(xué)遙感衛(wèi)星影 像各像點(diǎn)坐標(biāo)在相機(jī)測量坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)關(guān)系和光學(xué)遙感衛(wèi)星姿態(tài)測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 關(guān)系誤差的誤差補(bǔ)償模型；步驟1. 4,根據(jù)光學(xué)遙感衛(wèi)星姿態(tài)測量系統(tǒng)觀測值，確定光學(xué)遙 感衛(wèi)星整星基準(zhǔn)在地理坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)關(guān)系；步驟1. 5,根據(jù)光學(xué)遙感衛(wèi)星軌道測量系統(tǒng) 觀測值，確定光學(xué)遙感衛(wèi)星整星基準(zhǔn)在地理坐標(biāo)系下的位置關(guān)系；以及步驟1.6,根據(jù)步驟 I. 1、1. 2、1. 3、1. 4、1. 5的計(jì)算結(jié)果，構(gòu)建形成光學(xué)遙感衛(wèi)星影像坐標(biāo)到地面三維坐標(biāo)的精 確轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0005] 利用本發(fā)明提出的一種光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型構(gòu)建方法，能夠構(gòu)建光學(xué) 遙感衛(wèi)星的嚴(yán)密成像幾何模型，該成像幾何模型針對光學(xué)遙感衛(wèi)星搭載的有效載荷的特點(diǎn) 進(jìn)行高精度幾何處理，所得到的像點(diǎn)三維幾何坐標(biāo)能真實(shí)準(zhǔn)確地描述像點(diǎn)坐標(biāo)在相機(jī)系統(tǒng) 下的三維幾何關(guān)系。
【附圖說明】
[0006] 圖1是推掃式成像幾何原理的示意圖；
[0007] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的圖像坐標(biāo)系（0 - XY)的示意圖；
[0008] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型構(gòu)建原理的示意圖；
[0009] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型構(gòu)建方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0011] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型構(gòu)建原理的示意圖。如圖3 所示，通過獲取光學(xué)遙感衛(wèi)星相機(jī)內(nèi)像點(diǎn)位置和相機(jī)安裝關(guān)系來計(jì)算內(nèi)方位元素，并且通 過獲取光學(xué)遙感衛(wèi)星攝影位置和攝影角度來計(jì)算外方位元素，利用計(jì)算出的內(nèi)方位元素和 外方位元素來建立共線方程，由此得到光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型。
[0012] 以下是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所涉及的一些概念。
[0013] 在光學(xué)遙感衛(wèi)星中，單線陣推掃式成像傳感器是逐行以時(shí)序方式獲取二維圖像 的。一般是先在像面上形成一條線圖像，然后衛(wèi)星沿著預(yù)定的軌道向前推進(jìn)，逐條掃描后形 成一幅二維影像，成像方式如圖1所示。影像上每一行像元在同一時(shí)刻成像且為中心投影， 整個影像為多中心投影。另外，本發(fā)明中的光學(xué)遙感衛(wèi)星的傳感器包括相機(jī)，相機(jī)具有CCD 器件。
[0014] 圖1是推掃式成像幾何原理的示意圖。圖1中的各符號：pk為影像上任一像點(diǎn)，X k 為掃描線k上影像點(diǎn)的X坐標(biāo)，c為傳感器主距，Ok為掃描線k的投影中心，〇 k為掃描線k 的主點(diǎn)，Ik為掃描線k從投影中心0 k發(fā)出的光線。
[0015] 衛(wèi)星基準(zhǔn)
[0016] 衛(wèi)星基準(zhǔn)即衛(wèi)星本體坐標(biāo)系，其定義如下：
[0017] 原點(diǎn)0:位于星體分離面
[0018] 軸OX :垂直于星體分離面，沿衛(wèi)星的縱軸方向，指向同縱軸；
[0019] 軸OZ ;位于星體分離面，指向衛(wèi)星正常飛行對地方向
[0020] 軸OY :位于星體分離面，與OX軸、OZ軸構(gòu)成右手系。
[0021] 相機(jī)測量坐標(biāo)系
[0022] 原點(diǎn)0:以相機(jī)(XD線陣上視主點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)
[0023] 軸OZ ;過原點(diǎn)，沿視軸指向相機(jī)進(jìn)光口方向?yàn)?Z向；
[0024] 軸OY :過原點(diǎn)，沿線陣指向衛(wèi)星+Y向?yàn)榕c+Y向；
[0025] 軸OX :與OY軸、OZ軸構(gòu)成右手系。
[0026] 圖像坐標(biāo)系統(tǒng)
[0027] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的圖像坐標(biāo)系（0 - XY)的示意圖。圖2所示的圖像坐標(biāo)系以 影像的左上角為原點(diǎn)，沿著掃描線方向?yàn)閄軸，垂直于掃描線方向?yàn)閅軸。
[0028] 軌道坐標(biāo)系
[0029] 軌道坐標(biāo)系的原點(diǎn)在衛(wèi)星質(zhì)心，Z軸指向地心反向，Y軸在衛(wèi)星軌道面上指向衛(wèi)星 運(yùn)動的方向，X軸按照右手規(guī)則確定（Gunter, 1998)。
[0030] 空間固定慣性參考系
[0031] 空間固定慣性參考系（CIS)，常常用來描述衛(wèi)星的運(yùn)動，一般衛(wèi)星星歷的計(jì)算都是 在該坐標(biāo)系下完成的。CIS坐標(biāo)系的原點(diǎn)為地球質(zhì)心，Z軸指向天球北極，X軸指向春分點(diǎn)，Y 軸按照右手規(guī)則確定。由于地球繞太陽運(yùn)動，春分點(diǎn)和北極點(diǎn)都是變化的（Gunter，1998)。 因此，國際組織規(guī)定以某個時(shí)刻的春分點(diǎn)、北極點(diǎn)為基準(zhǔn)，建立協(xié)議空間固定慣性系統(tǒng)。在 本發(fā)明中，可優(yōu)選地采用J2000坐標(biāo)系作為空間固定慣性參考系。
[0032] 地球固定地面參考系
[0033] 地球固定地面參考系（CTS)用于描述觀測站的位置和衛(wèi)星觀測結(jié)果。CTS坐標(biāo)系 的原點(diǎn)亦在地球質(zhì)心，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平子午線與地球赤道的交點(diǎn)，Y 軸按照右手規(guī)則確定。
[0034] 地理坐標(biāo)系
[0035] 地理坐標(biāo)系，通常選取參考橢球面為基本參考面，選取一參考點(diǎn)為大地測量的起 算點(diǎn)（大地原點(diǎn)），利用大地原點(diǎn)的天文觀測值可以確定參考橢球在地球內(nèi)部的位置和方 向。由此確定的參考橢球中心一般不與地球質(zhì)心重合。這種原點(diǎn)位于地球質(zhì)心附近的坐標(biāo) 系稱為地球參心坐標(biāo)系，通常稱為地理坐標(biāo)系。其原點(diǎn)位于參考橢球的中心0, Z軸平行于 參考橢球的旋轉(zhuǎn)軸，X軸指向起始大地子午面與參考橢球赤道的交點(diǎn)，Y軸按照右手規(guī)則確 定。地面上任何一點(diǎn)的坐標(biāo)都可以用（B，L，H) T或（Χ,Γ,Ζ)^來表示，其中，L為地面點(diǎn)所在 的大地子午面與起始子午面所構(gòu)成的二面角，B為地面點(diǎn)所對應(yīng)橢球的法線與赤道面的夾 角，H為橢球高，即地面點(diǎn)沿法線到橢球面的距離。在本發(fā)明中，可優(yōu)選地采用WGS84坐標(biāo) 系作為地理坐標(biāo)系。
[0036] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型構(gòu)建方法的流程圖。圖4所 示的光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型構(gòu)建方法利用了圖3所示的光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像 幾何模型構(gòu)建原理。
[0037] 圖4所示的根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)遙感衛(wèi)星嚴(yán)密成像幾何模型構(gòu)建方法包括以下步 驟：
[0038] 步驟1. 1，建立光學(xué)遙感衛(wèi)星影像各像點(diǎn)坐標(biāo)在相機(jī)測量坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)關(guān) 系；
[0039] 步驟1. 2,建立光學(xué)遙感衛(wèi)星相機(jī)測量坐標(biāo)系與光學(xué)遙感衛(wèi)星整星基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換關(guān) 系；
[0040] 步驟1. 3,建立針對光學(xué)遙感衛(wèi)星相機(jī)系統(tǒng)、光學(xué)遙感衛(wèi)星姿態(tài)測量系統(tǒng)的安裝所 導(dǎo)致的光學(xué)遙感衛(wèi)星影像各像點(diǎn)坐標(biāo)在相機(jī)測量坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)關(guān)系和光學(xué)遙感衛(wèi)星 姿態(tài)測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系誤差的誤差補(bǔ)償模型；
[0041] 步驟1.