[发明专利]一种高分辨率相机不同视场积分时间确定方法

摘要

本发明一种高分辨率相机不同视场积分时间确定方法，首先确定精确计算积分时间需要的相机有关参数，并确定相机θ视场对应的Ф、θ角，分别准备卫星星历参数和卫星姿态参数；然后实现相机θ视场视向到WGS84坐标系的转换，并进行相机θ视场对应视向在WGS84坐标系下与地球椭球交汇确定摄影点的地理坐标，依据摄影点地理坐标与卫星位置便可以获得摄影点斜距。此外，计算相机θ视场对应摄影点在J2000坐标系下的运动速度，结合相机到WGS84坐标系的转换关系便可以确定摄影点像移。最后，根据计算得到的摄影点斜距和摄影点像移，按照本发明中的积分时间计算模型得到相机θ视场对应摄影点的积分时间。

主权项

一种高分辨率相机不同视场积分时间确定方法，其特征在于步骤如下：1)建立相机积分时间计算模型：Tint=dfθ/(Vgθ/Lθ);]]>式中，Tint为计算的积分时间；d为CCD像元尺寸；Vgθ/Lθ为θ视场对应摄影点像移速度与摄影点斜距的比值；fθ为相机θ视场对应的视线长度，其与相机视主距f0关系为：fθ＝f0/cosθ；其中，所述θ视场为与中心视场成夹角θ的视场；定义坐标系以飞行方向为X向，指向地心方向为Z向，Y向按右手定则确定；则沿X、Y、Z方向旋转角的旋转矩阵如下：2)将θ视场对应的视向转换到WGS84坐标系下，获得θ视场在WGS84坐标系间的视向21)根据θ视场对应的视向与相机之间的转换关系RCD＝Rx(Φ)Ry(θ)将θ视场对应的视向转换到相机坐标系下；式中，RCD为θ视场到相机的转换矩阵；Ф为相机偏场角；θ＝n·(FOV/2)，其中n取值范围为[‑1,1]，FOV为相机的视场角；22)根据相机坐标系与卫星本体坐标系的转换关系将相机坐标系下θ视场对应的视向转换到卫星本体坐标系下；式中，RBC为相机到卫星本体的转换矩阵；κ为相机绕偏航轴旋转的夹角；ω为相机经偏航旋转后的滚动轴旋转的夹角；为相机经上述两次旋转后经俯仰轴旋转的夹角；23)将卫星本体坐标系下θ视场对应的视向转换到WGS84坐标系下；当获取的卫星姿态为卫星本体相对于轨道系且转序为3‑1‑2的姿态角时，进入步骤231)；当获取的卫星姿态为卫星本体相对于J2000坐标系的四元数时，进入步骤233)；231)根据卫星本体坐标系与轨道坐标系的转换关系RBO＝Ry(pitch)·Rx(roll)·Rz(yaw)将卫星本体坐标系下θ视场对应的视向转换到轨道坐标系下；式中，RBO为卫星本体相对轨道坐标系的转换矩阵；yaw为卫星本体相对轨道坐标系的偏航角；roll为卫星本体相对轨道坐标系的滚动角；pitch为卫星本体相对轨道坐标系的俯仰角；232)根据轨道坐标系与WGS84坐标系的转换关系RWO=(X2)X(Y2)X(Z2)X(X2)Y(Y2)Y(Z2)Y(X2)Z(Y2)Z(Z2)Z;]]>将轨道坐标系下θ视场对应的视向转换到WGS84坐标系下，获得θ视场在WGS84坐标系间的视向并跳转至步骤3)；式中，RWO为轨道坐标系到WGS84坐标系的转换矩阵；其中，为轨道坐标系偏航轴，为t时刻卫星的位置；其中，为轨道坐标系俯仰轴，为t时刻卫星的运行速度；(X2)X(X2)Y(X2)Z=X2→=Y2→×Z2→,]]>其中，为轨道坐标系滚动轴；233)根据卫星本体坐标系与J2000坐标系的转换关系RBJ=2(q02+q12)-12(q1q2+q0q3)2(q1q3-q0q2)2(q1q2-q0q3)2(q02+q12)-12(q2q3+q0q1)2(q1q3+q0q2)2(q2q3-q0q1)2(q02+q32)-1]]>将卫星本体坐标系下θ视场对应的视向转换到J2000坐标系下；式中，RBJ为卫星本体相对J2000坐标系的转换矩阵；为卫星姿态四元数，其中q0为标量部分；234)根据J2000坐标系与WGS84坐标系的转换关系RWJ＝W(t)R(t)Q(t)将J2000坐标系下θ视场对应的视向转换到WGS84坐标系，获得θ视场在WGS84坐标系间的视向式中，Q(t)为岁差和章动矩阵，采用IERS2010协议模型；R(t)为地球自转矩阵，其涉及到的时间差采用IERS广播的时间差数据拟合而成；W(t)为极移矩阵，采用IERS广播的极移数据拟合而成；3)获取摄影点斜距；31)根据公式及X2+Y2A2+Z2B2=1,]]>计算获得摄影点M的位置坐标(X，Y，Z)，所述的摄影点M为θ视场的视向对应的地面点；式中，λ为比例因子，A＝a+h，B＝b+h，a为WGS84椭球长半轴，b为WGS84椭球短半轴，h为摄影点高程；32)根据步骤31)得到的摄影点M的位置坐标(X，Y，Z)，计算获得θ视场对应摄影点M的斜距Lθ=(X-XS)2+(Y-YS)2+(Z-ZS)2;]]>4)获取摄影点像移；41)计算获得J2000坐标系下摄影点M相对于相机的速度式中，为摄影点M的转动速度，为摄影点在J2000坐标系下相对相机的运动速度，满足：其中，为摄影点M在平行于轨道面的切向速度；为摄影点M在平行于轨道面的径向速度；为摄影点M在垂直于轨道面的法向速度；为摄影点M相对卫星姿态转动的运动速度；42)将J2000坐标系下摄影点M相对于相机的速度转换到相机焦面并投影到推扫方向，得到摄影点M的像移速度式中，Vgθ为θ视场对应的摄影点M的像移；为摄影点M相对相机在J2000坐标系下的速度；当获取的卫星姿态为卫星本体相对于轨道系且转序为3‑1‑2的姿态角时，当获取的卫星姿态为卫星本体相对于J2000坐标系的四元数时，R'JC＝[RTBJ·RBC]T；5)根据步骤3)获得的摄影点斜距Lθ以及步骤4)获得的θ视场对应的摄影点M的像移Vgθ，利用步骤1)建立的模型，计算获得相机积分时间Tint。