[发明专利]一种时空谱一体化光学遥感成像物象映射方法

说明书

一种时空谱一体化光学遥感成像物象映射方法，包括：定义坐标系；探测器到物方几何映射；物方到探测器的光谱辐射映射与积分；添加空间响应；时间维度积分；光电转换；A/D转换；探测器量化值到图像DN值转换。本发明可综合模拟成像链路各个环节各个因素对几何像质、光谱像质、辐射像质的影响，可以模拟任意平台、任意模式下的光学遥感成像仿真。

技术领域

本发明涉及一种时空谱一体化光学遥感成像物象映射方法，属于空间遥感成像技术领域。

背景技术

光学遥感成像过程中受到各种因素的影响，如光学系统衍射、像差、大气湍流、平台振动等因素的影响，成像质量会发生退化。光学遥感成像仿真技术模拟遥感成像过程，对各个因素对成像的影响进行建模仿真，可以应用于遥感成像像质预估、遥感器的优化设计等方向。由于光学遥感成像过程是一个时间、空间、光谱多维度上映射、积分的过程，为模拟其过程，需要时空谱一体化建模与仿真。目前的光学遥感成像仿真全面性尚存在不足，侧重于某一、两种维度或某因素的影响的仿真，例如，刘晓等人2014年在《红外与激光工程》上发表的《基于低空遥感系统的星载光学遥感器成像仿真》侧重于光谱和辐射维度的仿真；李岩等人2017年在《光学精密工程》上发表的《偏振场景目标探测的建模与仿真》，侧重于偏振因素对成像的仿真；陈川2018年博士论文《高分辨率遥感成像仿真关键技术》用几何追迹方法实现了物像空间维度的映射。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种时空谱一体化光学遥感成像物象映射方法，从空间维度、光谱辐射维度、时间维度、构建一种完备的成像映射模型，实现每一时刻、每个像素点、每个谱段物空间到像空间的映射，综合模拟光学遥感器成像过程中几何、光谱、辐射维度的像质退化。

本发明的技术方案是：

一种时空谱一体化光学遥感成像物象映射方法，包括步骤如下：

1)定义坐标系，包括：地理坐标系C_g、地固坐标系C_e、地球惯性坐标系C_j、轨道坐标系C_o、卫星坐标系C_s、相机坐标系C_c、探测器坐标系C_d、图像坐标系C_i；

2)根据步骤1)所述探测器坐标系C_d和地理坐标系C_g，获得t时刻，探测器上任一像素d对应的地理位置坐标，从而确定探测器上任一像素d对应的地面太阳高度角θ；具体如下：

21)根据任意像素在探测器坐标系C_d中的位置坐标和探测器坐标系C_d到地理坐标系C_g的转换矩阵M(t)，获得t时刻，探测器上位于第s₁行、第s₂列像素d的像素位置坐标(x_d(s₁,s₂),y_d(s₁,s₂),-f)映射到地球表面的地理位置坐标(x_g(s₁,s₂,t),y_g(s₁,s₂,t),z_g(s₁,s₂,t))；f为成像相机的主距；其中，M(t)为从探测器坐标系C_d依次经过相机坐标系C_c、卫星坐标系C_s、轨道坐标系C_o、地球惯性坐标系C_j、地固坐标系C_e，最终到地理坐标系C_g的转换矩阵，由于卫星、地球等在不断运动，转换矩阵是随时间t变化的函数，具体如下：