[发明专利]高分辨率光学推扫卫星稳态重成像传感器校正方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于遥感卫星数据处理技术领域，更确切的说，本发明是在遥感卫星地面数据处理程中，采用的一种高分辨率光学推扫卫星影像稳态重成像的传感器校正技术方案。

背景技术

随着空间分辨率的逐步提高，高分辨率光学卫星的相机结构变得异常复杂。高分辨率一般指空间分辨率优于5米，为了保证成像质量和成像效率，感光元件由传统的单次积分CCD(电荷藕合器件)更新为多次积分TDI CCD(即时间延迟积分CCD)，由单条推扫线阵扩充到多条拼接推扫线阵；同时，空间分辨率的提高也使得光学相机的物理焦距都达到了几米甚至十几米，为了减少成像载荷体积，传统的折射式光学系统设计也由同轴三反和离轴三反系统取而代之。由此可知，高分辨率光学遥感卫星的成像载荷存在分片积分异速、积分时间跳变、CCD不共线、主距与视向量不平行等特点。在卫星数据投入应用前，必须对原始成像数据进行传感器校正处理，得到连续、完整、高精度的影像数据，满足后续国土资源调查、地图测绘的精度需求。

随着分辨率的提高，成像积分时间越来越短，成像频率的提升导致推扫成像相机对平台稳定性愈加敏感，平台震颤也成为影响高分辨率光学卫星影像几何精度的重要因素之一。平台震颤直接导致卫星姿态抖动、影像变形，为了不影响影像产品配准、融合应用，传感器校正除了需要校正相机设计引起的拼接和镜头畸变问题，还需要解决由于卫星平台非稳态运动引起的影像变形问题。因此，高分辨率光学卫星的传感器校正需同时考虑相机设计和线阵推扫非稳态成像问题，将带畸变的分片影像生成稳态匀速成像的完整景影像，并生成与之对应的高精度RFM(有理函数模型)，为后续高精度几何校正、影像融合等处理与应用提供标准数据产品。

目前，传感器校正方法大多只考虑相机设计，解决由于多片TDI CCD的拼接问题，并未考虑推扫过程中卫星的稳定性状态；针对分片异速和积分时间跳变的问题，通常采样行频归一化进行图像重采样，容易导致图像过度重采样，降低图像质量。另一方面，在卫星存在震颤时，由于姿态的抖动也难以直接生成高精度的RPCs(RFM多项式系数)，只能使用严密几何成像模型，降低了数据应用效率。因此，传统的传感器校正方法已经无法满足高分辨率遥感光学卫星高精度几何处理的要求。

发明内容

针对现有技术中高分辨率光学推扫卫星影像传感器校正方式缺陷，本发明提出一种高分辨率光学卫星稳态重成像的传感器校正技术方案。

本发明技术方案提供一种高分辨率光学推扫卫星稳态重成像的传感器校正方法，包括以下步骤，

步骤1，构建单片TDI CCD非稳态严密几何模型，包括对于像点(s，l)，根据在轨几何定标获取的探元指向角模型确定探元s在相机坐标系下的指向，通过轨道模型和姿态内插模型获取每一行扫描行对应时刻的轨道和姿态作为外方位元素，从而建立每一片TDI CCD影像每一点(s，l)的严密成像几何模型；其中，s为某单片TDI CCD影像上任意一个探元的探元序号，l为某单片TDI CCD影像上任意一行的行号；

步骤2，构建虚拟CCD稳态成像严密几何模型，包括设定与多个单片TDI CCD拼接长度相等的虚拟单线阵CCD，在实际成像基础上，确定虚拟单线阵CCD的内方位元素，并设定卫星匀速推扫成像每一扫描时间以及稳定的轨道模型和姿态模型，从而建立虚拟CCD影像上任一点(s'，l')的严格成像几何模型；其中，s'为虚拟单线阵CCD上任意一个探元的探元序号，l'为虚拟CCD影像上任意一行的行号；

步骤3，采用地形独立法，根据虚拟CCD稳态成像严密几何模型得到有理函数模型，代替虚拟CCD稳态成像严密成像几何模型；

步骤4，虚拟CCD稳态重成像，包括以物方作为参考，通过步骤1和3所得结果，建立单片TDI CCD影像与虚拟CCD重成像影像的一一映射关系，从而根据原始的单片TDICCD影像生成传感器校正后影像。

而且，步骤1中，利用探元指向角模型确定探元s在相机坐标系下的指向计算实现如下，

其中，ax_i,ay_i为多项式系数，i＝0,1,2,3，ψ_x(s)和ψ_y(s)为与探元序号s相应的相机像方矢量在相机坐标系下的指向角。

而且，步骤1中，所采用的轨道模型是以时间为变量的三次多项式模型，姿态模型采用以时间为变量的拉格朗日模型，时间通过行号l确定。

而且，步骤1中所得每一片TDI CCD影像每一点的严密成像几何模型，建立了像点图像坐标(s,l)与对应物点坐标(X，Y，Z)的关系如下，