[发明专利]星载相机空间畸变图像几何校正方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到图像处理领域中一种畸变图像几何校正方法，针对星载相机所拍摄的空间图像的畸变情况。

背景技术

由于相机实际镜头组成像过程难以达到理想透镜成像的效果，在像方垂直主轴平面不同点的切向放大率一般不完全相同，造成相机畸变的产生。一般认为，相机的畸变主要为径向畸变和切向畸变，其中径向畸变由于镜头各透镜曲率存在误差，而切向畸变则归咎于各镜头的光学主轴没有重合。

星载CCD相机虽然在地面可以进行精确的标定，但由于其焦距长、分辨率高、作用距离远，通光口径较大，光学零件尺寸比较大等特点，容易受到空间环境和相机内部环境的影响。卫星内部发热以及从外部吸收的热辐射会使光学元件发生变形。另外，卫星发射时的惯性力和冲击振动也会给光学元件带来影响。所以，星载相机所拍摄的空间图像会产生畸变，并且畸变模型、参数仍有可能发生变化。若不考虑这些因素，会给后续的图像恢复、目标定位等图像处理工作带来不利的影响。所以对于星载相机所拍摄的图像必须首先进行校正处理。

目前常用的畸变参数的测定方法，如相机非线性标定方法通过建立相机小孔透视模型，利用反复迭代实现相机的标定和畸变校正；等效曲面法将畸变的等效曲面设置为球面，通过求取球面的中心和半径实现图像的径向畸变校正；神经网络法在无需计算相机内外参数的场合利用多层前馈神经元网络实现图像非线性畸变的补偿。以上方法均为采用将相机固定在高精度的转台上，通过拍摄与相机垂直放置的标准模板的方法确定，其精度也比较高。但空间相机在太空中不可能有可供拍摄的模版，所以以上方法不适用。根据曲率变化检校畸变差的方法通过检测图像中的共线“直线”的曲率，确定图像的畸变程度。但要求被拍摄目标存在丰富的直线。由于空间图像背景单一，可观测物体少，所以该方法亦不适用。基于主动视觉的相机自标定技术是另一个研究的热点，其优点是仅利用摄像机在运动过程中周围环境的图像与图像之间的对应关系对摄像机进行标定。但由于卫星的运动受其轨道限制，不可能任意更改，同时星载相机所拍摄的图像中甚至不存在固定的可供拍摄的三维物体，所以基于主动视觉或kruppa方程求解的自标定技术对于星载相机也不适用。

因此，针对星载相机拍摄图像的特点，开发一种能够直接利用星载相机传回的图像对图像本身进行畸变参数计算和畸变校正的方法变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种星载相机空间畸变图像几何校正方法，该方法将恒星点作为特征点，具有计算量小，校正精度高，校正效果明显的优点，并能有效抑制图像噪声及输入系统误差给校正所带来的影响。

本发明的技术解决方案：一种基于空间图像的Hausdorff距离星图匹配畸变校正方法，其特征在于步骤如下：

(1)读取的图像进行分割处理，提取图像中恒星光斑部分；

(2)通过计算各光斑的重心坐标，作为实际坐标；

(3)利用相机在地面标定时得到的畸变参数，对步骤(2)得到的实际坐标进行预校正，使之更接近无畸变情况下的坐标，从而提高星图匹配的成功率；

(4)利用单帧或多帧Hausdorff距离星图匹配方法将星载相机所拍摄的空间图像进行星图匹配，计算各实际坐标对应的理论坐标；

(5)利用实际坐标与理论坐标对应关系，计算图像的畸变参数；

(6)利用插值法得到校正后图像。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明由于利用相机在太空中拍摄的图像中的恒星信息进行畸变参数计算，所以不再使用传统的模板拍摄方式。所计算的相机参数亦是相机在工作环境和时间下的参数。相比于地面测算参数后再发射进入太空的相机参数测算与工作时空分开的方法，本方法避免了卫星发射升空时振动和太空环境对相机参数的影响，因而校正精度更高。另外，在相机在太空长时间工作后，其参数可能发生漂移，本方法可以方便相机参数的重新测定，从而也避免了参数漂移的影响。

附图说明

图1为本发明方法的整体流程图；

图2为视场角为2°的星空卫星图像；

图3为6幅有畸变的卫星图像；

图4为6幅经过畸变校正的卫星图像；

图5为光轴指向各有1′误差时图像X、Y轴的偏差，其中(a)为光轴指向误差导致X轴的偏差，(b)为光轴指向误差导致Y轴的偏差；

图6为未考虑误差补偿校正图像；

图7为考虑误差补偿校正图像；

图8为校正前后误差对比仿真图像；