[发明专利]基于三面阵相机的机载高光谱图像几何校正方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于三面阵相机的机载高光谱图像几何校正方法与装置。本发明采用低成本机载稳定平台实现相机视轴粗指向，将高光谱相机对地姿态角稳定在±0.05°～±0.1°。同时利用三个与高光谱相机固结的高速面阵CMOS相机，对地表连续成像，通过前后面阵图像的特征匹配来测量高光谱相机的精确姿态角。再利用高速面阵CMOS相机测量的姿态角对高光谱图像进行像元级别的实时几何校正。本发明解决了低成本稳定平台实现高光谱图像的几何校正的问题。该方法结构简单，成本低，精度高，计算速度快，能够对图像进行像元级别的实时几何校正。

技术领域：

本发明涉及光谱技术，遥感测量领域，具体涉及一种机载高光谱图像的几何校正装置及其方法，该方法适用于轻小型低成本高分辨率光谱遥感系统。

背景技术：

推扫式高光谱相机是一种采用线阵推扫成像方式的高光谱成像仪。推扫式高光谱相机常与机载平台相结合，具有光谱波段多，波段连续，图谱合一的特点，能够提供丰富的地表信息。目前已广泛应用于岩矿识别，植被类型区分，生态环境监测等领域。

在成像过程中，由于飞机运动和气流影像，推扫成像方式获取的高光谱数据会存在较大的几何畸变，这种畸变会严重影响图像质量，有时候甚至造成了图像无法目视判读，严重影响了影像的正常应用。对于几何校正，最基本的是需要获取成像系统的外方位元素，即航偏角γ、俯仰角α和侧滚角β(heading,pitch,roll,HPR)。目前常用的方法为地面控制点法和惯性姿态测量法。对于第一种方法，在困难地区，无图区或者人员不能通达的地区，人们常常只能获得少量地面控制点或者根本无法获得地面控制点。对于第二种方法，普通民用惯性姿态测量产品(如MESE陀螺)的精度一般只能做到±0.1°，无法对分辨率达到毫弧度量级的高分辨率高光谱图像进行像元级别几何校正。某些能够达到要求的惯性姿态测量系统，比如航空位置与姿态自动测量和稳定装置(POS)，激光陀螺等，绝对角度精度能够做到±0.001°，但价格昂贵，动辄几百万，并且重量达到数公斤，影响了该技术的推广应用。

本发明采用的三个高速面阵CMOS相机成本可以控制在10万元以下，并具有高精度的特点，因此本发明提供的机载高光谱图像实时几何校正方法及装置，能够很好解决当前机载高光谱相机姿态测量成本高的问题。

发明内容：

本发明所要解决的问题是提供一种机载高光谱图像的几何校正装置和校正方法。

本发明所述的装置，由运输机，机载稳定平台控制器1，机载稳定平台2，固定支架3，惯性姿态测量模块4，高速面阵CMOS相机5，高光谱相机6组成。整套装置可以配合运12型运输机使用。运输机舱提供测量窗口，在窗口上安装机载稳定平台。该稳定平台由铝合金制作，并提供多种机械安装接口。稳定平台自带一款低成本的MEMS惯性姿态测量模块，能够通过反馈控制使平台稳定在±0.05°～±0.1°。稳定平台中心为固定支架，支架中心固定一个高光谱相机。三个高速面阵CMOS相机以高光谱相机中心视场主光轴为对称轴，呈正三角形分布。三个高速面阵CMOS相机透镜中心距离光谱仪安装支架中心50cm，与光谱仪相机光轴平行。

综合考虑像元规模、像元尺寸和帧频三个指标参数，结合项目需求，光谱仪决定采用加拿大DALSA公司的JUGAR型CCD探测器。该款CCD为四相面阵背照减薄帧转移型探测器，光谱仪波段范围是0.4-1.0um,光谱分辨率小于5nm。

CMOS采用英国E2V公司的EV76C664型探测器。在典型应用模式下，该面阵相机适应作业高度1000～8000m，飞行速度180km/h～800km/h，在3000m作业高度时，空间分辨率0.25毫弧度(mrad)，帧速为350帧/秒。则此时每个高速面阵CMOS相机地面分辨率为：

2×3000×tan(0.25×256/1000/2)≈200m.  (1)

该像元分辨率优于高光谱相机，是高光谱相机像元分辨率的3倍左右。该模式下具有突出的地物探测和识别能力。