[发明专利]一种基于恒星轨迹的遥感相机几何标定方法

说明书

本发明公开一种基于恒星轨迹的遥感相机几何标定方法。本方法首先通过遥感相机获取任意天球位置的恒星图像。然后运用一定的图像处理算法对星图进行处理，主要包括：滤波降噪，星图分割，星点提取，星图匹配，以获取恒星目标在实际星表中的角距，星等与方位信息。最终根据实际相机的成像几何模型和恒星在相机视场中的运动轨迹构建并解算包含相机内外方位元素的数学模型，实现遥感相机的高精度标定。不同于其他相机标定方法，本发明充分利用高精度的星表数据及恒星划过相机视场运动轨迹的几何关系对相机的内外方位元素进行建模解算，标定过程运算量小，精度高，便于实时对遥感相机进行在轨修正。

技术领域

本发明主要涉及航天遥感几何定位领域，特别是一种遥感相机标定方法。

背景技术

遥感相机的标定主要指通过一定的方法解算出相机的主点主距，同时对相机镜头的畸变量进行校正。高精度的遥感相机标定技术对实现高精度的空间定位和推动遥感数据定量化应用至关重要。同时，民用相机的高精度标定技术也是计算机视觉和机器视觉技术智能化应用的前提。

当前，遥感相机标定方法主要为实验室测点法，主要通过在相机焦平面不同位置采集大量的点，然后采用最小二乘方法解算相机的主点和主距。该方法的标定精度主要依赖于像面点位置的测量精度，实验室测量设备虽能保证一定的精度，但测量过程比较繁琐，且由于星载遥感相机一般结构复杂，光学零件尺寸较大，在发射过程承受的加速度和冲击会给相机光学元件带来影响，从而导致相机的主点和主距发生变化，进而导致实验室标定模型失效。另外，在轨真空环境及太阳热辐射会使相机畸变模型发生变化，这也将给高精度的目标定位带来影响。所以，必须对星载相机进行在轨标定。

综上，针对在轨遥感相机的特点，迫切需要一种相机标定方法实现遥感相机的在轨标定。

发明内容

本发明的目的在于：充分利用高精度的恒星数据，克服现有遥感相机标定精度较低的缺点，提供一种基于恒星轨迹的高精度遥感相机标定方法。

本发明解决其技术问题是采用以下技术解决方案实现的：

一种基于恒星轨迹的遥感相机几何标定方法，其特征在于步骤如下：

1)通过遥感相机获取任意天球位置的恒星图像；

2)采用滤波算法消除恒星图像背景噪声；

3)采用聚类算法实现恒星目标和背景图像的分类；

4)通过重心法计算恒星图像的重心坐标，作为由星图获取的实际坐标，并由该坐标表示出星图中任意两颗星相对于投影中心的角距；

5)星图识别，首先，利用地面两维拉格朗日插值畸变校正模型对星图进行预校正；然后，通过星图识别算法实现星图匹配，进而通过查星表得到相应星点的赤经赤纬坐标值和各颗星之间的角距信息；

6)当恒星划过相机视场时，探测器平面上星点的相对位置将发生改变而其对应的恒星在天球坐标系下的角距保持不变，利用该成像关系构建几何模型并解算遥感相机的内外方位元素，实现遥感相机的高精度标定。详细步骤如下：

6-1)首先，建立理想情况下遥感相机成像关系，其满足针孔模型，设物方点P(X,Y,Z)成像与探测器平面的对应点坐标为P′(r,c)，则有如下关系成立：