[发明专利]一种高分辨率相机不同视场积分时间确定方法

说明书

技术领域

本发明属于光学遥感领域，涉及一种高分辨率相机不同视场积分时间确定方法。

背景技术

目前，高分辨率相机一般均采用TDI推扫成像技术，以便相机既可以取得优异的图像质量又还能实现相机的轻小型化设计。

对于推扫成像的相机，地物在焦面成的图像移动一行所需要的时间即相机的行周期，CCD生成电荷包转移一次的时间即为相机积分时间，通常相机积分时间的最大取值即为相机的行周期。为保证相机系统具有较高的信噪比，一般设计相机积分时间与行周期相等，即理想的积分时间为地物在焦面成的像移动一行所需要的时间，当满足此条件时，像的移动速度和CCD电荷包转移速度同步，不产生非正常的像移；否则，产生的非正常像移将导致图像质量下降，即系统MTF下降。

针对使用TDI推扫成像技术的高分辨率相机，其最突出的特点是能够利用多级光敏元对运动的同一地物多次积分，而每个光敏元积分所得的较弱信号可叠加为一强信号输出，但必须保证每一级光生电荷包的转移与焦面上图像的移动同步，否则任何的不同步都将导致相机系统MTF下降。当相机使用的TDI级数越大，电荷包的转移速度与像的移动速度不同步将导致非正常像移越明显，系统MTF下降越严重。

在相机的瞬时视场角(IFOV)和CCD行积分时间T一定的情况下，为了保持地物图像的移动速度与电荷包的转移速度同步，图像移动的角速度应该保持IFOV/T不变，根据相机成像的三角关系，亦即地物相对相机在焦平面内沿飞行方向的速度分量与相机成像高度的比值(简称速高比)应该是固定不变的。然而实际在轨飞行过程中，相机的成像高度会随纬度的变化、地形的起伏以及卫星姿态等发生变化，卫星地物相对相机在焦平面内沿飞行方向的速度分量也随纬度的不同而变化。因此，在相机成像过程中必须根据速高比的变化实时进行积分时间的调整，亦即根据摄影点的速高比来调整相机要使用的积分时间，确保相机使用的积分时间引起的非正常像移对相机系统MTF的影响最小。

常规的积分时间计算一般根据卫星星历数据(包括时间、位置、速度，如图1)、卫星姿态参数(包括时间、姿态，如图2)计算出摄影点速高比，然后根据相机像元尺寸、主距计算积分时间，具体公式为：

Tint=df/(Vg/L)]]>

式中，T_int为计算的积分时间；

d为CCD像元尺寸；

f为光学系统的主距；

V_g为摄影点像移速度；

L为摄影点高度；

(V_g/L)为摄影点速高比。

无论卫星在轨还是实验室仿真，积分时间均由相机、卫星星历、卫星姿态及地球特性等相关因素共同确定，通过建模的方法进行计算和仿真，模型的严密性将决定最终相机使用的积分时间的精度。目前的积分时间计算模型及实现方法存在如下问题：

(1)积分时间计算模型未考虑的相机视轴与光轴不一致的情形，而目前广泛使用的高分辨率相机视轴与光轴均不一致，存在一个偏场角，其将导致计算出的积分时间与相机焦面上的图像移动一行的实际时间不匹配。

(2)积分时间计算模型不能直接用于相机不同视场积分时间的计算，而目前高分辨率卫星对相机不同视场积分时间的计算有迫切的需求。

(3)对积分时间计算模型中的摄影点速高比计算，一般均是针对侧摆状态的简化公式计算，且未考虑相机安装角和卫星姿态角速度的影响，而具有敏捷特性的高分辨率卫星具有既侧摆又俯仰的成像状态且存在姿态机动，需要严密的计算模型。

(4)在积分时间计算实现过程中，无论是实验室基于STK的仿真计算还是卫星在轨计算，未考虑极移、时间系统差、岁差章动模型误差以及低分辨率数字高程模型(DEM)甚至无DEM等地球特性因素导致计算出的积分时间精度偏低。

发明内容