[发明专利]一种卫星激光高度计足印相机姿态的测定方法

摘要

本发明公开了一种基于足印相机的卫星姿态测定方法，该方法的基本步骤为：(1)根据相机检校参数、使用卫星姿态数据、DEM产品数据进行足印相机几何粗校正；(2)根据DEM选择地形起伏度较小的均匀分布的候选控制点区域，在对应区域的足印相机粗校正图像上选取小窗口作为匹配的窗口图像；(3)使用地理约束的模板匹配法找到其在处理后的立体线阵影像上的位置，联合DEM产品数据得到高程控制点；(4)计算图像的外方位元素，得到足印相机的指向。本发明通过精确求解立体测图卫星足印相机的精确指向，进而得到卫星的准确姿态数据。

主权项

1.一种卫星激光高度计足印相机姿态的测定方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在瞬时姿态数据、CCD图像的像元畸变参数、DEM数据辅助下对CCD图像进行几何校正，具体步骤如下：(1‑1)获取CCD图像成像时卫星平台的瞬时姿态数据、CCD图像的像元畸变参数，获得测区的DEM数据；(1‑2)直接定位法得到图像每个像元的地面平面坐标点，并将坐标点转为WGS84坐标系下，然后对图像进行超分辨率重采样；(1‑3)使用双线性插值法，根据每一个像点的WGS84坐标，对图像进行重采样，重采样后的分辨率与立体相机图像的分辨率相同；(2)根据DEM计算地形起伏度，从图像范围内中提取候选控制点；具体步骤如下：(2‑1)截取DEM数据，获得与重采样后CCD图像相一致的区域，并且对DEM数据进行重采样，将其分辨率调整为与CCD几何校正数据一致的分辨率结果；(2‑2)计算DEM的地形起伏度，对于重采样后DEM数据的每一个像点，以其为中心截取周围128*128像元，计算这些像元的标准差，将该标准差作为该像元的地形起伏度的计算结果；(2‑3)从图像中识别出地形相对平坦的区域，将重采样后DEM数据均匀划分为64*64大小的窗格，在每一个窗格内，计算地形起伏度最小的像元，将该像元标记为候选像元；(2‑4)根据原始CCD图像各像点的地理坐标，在原始CCD图像上找到离候选像元坐标最近的像点，则以该CCD原始图像作为原始图像控制点；(2‑5)寻找原始图像上控制点对应于重采样图像上的控制点：像元根据原始图像控制点像元的坐标值计算其在CCD重采样图像上的像点坐标，以CCD重采样图像该像点作为校正图像控制点；(2‑6)对于任意一个校正图像控制点，以该点为中心周围选取128*128大小的窗口，并用该窗口的图像作为下一步模板匹配的子图；(3)重采样CCD图像与双线阵图像匹配得到CCD图像的三维控制点数据提取；具体步骤如下：(3‑1)对校正图像的任意一个子图，获取其对应于立体相机图像的位置，在立体相机图像上提取1024*1024大小的图像；(3‑2)用校正图像的子图与立体相机图像的子图进行模板匹配，得到其在立体相机图像上的位置；(3‑3)根据模板匹配得到的校正图像子图在立体相机图像上的位置，可以得到子图中心点在立体相机图像上的位置，计算出立体相机图像位置上的平面地理坐标，则可计算出校正图像上像点对应的平面地理坐标，进而可得到原始图像控制点像元对应的平面地理坐标；(3‑4)根据平面地理坐标，获取DEM上对应像元的高程值，以该值作为该平面坐标的高程，得到三维控制点；(3‑5)使用RANSAC算法剔除粗差；(4)使用得到的控制点数据解算CCD相机的姿态数据，具体步骤如下：(4‑1)根据原始CCD图像控制点像元的内方位元素，以及通过本步骤(3)所得三维控制点数据，建立外方位元素(姿态数据)的平差公式；(4‑2)通过最小二乘平差，迭代计算出足印相机的旋转矩阵；(4‑3)通过足印相机的旋转矩阵、足印相机与卫星的安置角，计算出卫星的姿态数据。