雙面陣推掃立體測(cè)繪成像方法及成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】雙面陣推掃立體測(cè)繪成像方法及成像系統(tǒng)，涉及一種成像系統(tǒng)，解決現(xiàn)有采用三線陣推掃成像，每行圖像都需要對(duì)應(yīng)的姿態(tài)參數(shù)，導(dǎo)致姿態(tài)測(cè)量速率低以及精度大大降低的問(wèn)題，本發(fā)明所述的雙面陣推掃立體測(cè)繪成像時(shí)每幀圖像都滿足中心投影規(guī)律，每幅圖像只需要一組姿態(tài)參數(shù)，降低了對(duì)姿態(tài)更新率的要求；使用兩片面陣成像器件實(shí)現(xiàn)大基高比推掃立體測(cè)繪成像，根據(jù)軌道高度和面陣傳感器的像元尺寸設(shè)置行周期，根據(jù)行周期和面陣傳感器的列數(shù)可獲得最大幀周期，根據(jù)軌道高度和兩面陣光學(xué)系統(tǒng)的夾角，計(jì)算出最佳的幀周期；同時(shí)對(duì)高分辨率的面陣成像器件的工作方式和兩面陣光學(xué)系統(tǒng)的夾角進(jìn)行了限定。
【專利說(shuō)明】雙面陣推掃立體測(cè)繪成像方法及成像系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種成像系統(tǒng)，具體涉及一種雙面陣推掃立體測(cè)繪成像系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 具備立體測(cè)圖或高程測(cè)量能力的衛(wèi)星稱為測(cè)繪衛(wèi)星，其任務(wù)是進(jìn)行立體觀測(cè)，獲 取地面目標(biāo)的幾何和物理屬性。空間位置信息是地面目標(biāo)的基本幾何屬性，在軍事和民用 領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。測(cè)繪衛(wèi)星系列包括高分辨率光學(xué)立體測(cè)繪衛(wèi)星、干涉雷達(dá)衛(wèi)星和重力 衛(wèi)星等，而采用光學(xué)傳感器的高分辨率測(cè)繪衛(wèi)星是當(dāng)前測(cè)繪應(yīng)用的主要數(shù)據(jù)來(lái)源，且光學(xué) 遙感以其可視性好，技術(shù)實(shí)現(xiàn)性好而得以迅速發(fā)展。
[0003] 隨著攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，傳輸型光學(xué)立體測(cè)繪衛(wèi)星因其可長(zhǎng)期在軌運(yùn)行、快速 獲取三維地理信息的能力，克服了返回式衛(wèi)星因受其攜帶的膠片數(shù)量限制而在軌壽命短、 獲取情報(bào)的時(shí)效性差和不能直接形成數(shù)字影像等不足，已逐漸成為攝影測(cè)量衛(wèi)星發(fā)展的主 流。傳輸型三線陣光學(xué)成像及攝影測(cè)量屬于動(dòng)態(tài)攝影，衛(wèi)星從不同視角多次對(duì)同一目標(biāo)攝 像，通過(guò)后期影像處理可確定目標(biāo)的三維空間位置信息。三線陣測(cè)繪衛(wèi)星具有相機(jī)幾何結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定、基高比高、立體影像時(shí)間一致、對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)穩(wěn)定度要求較低等優(yōu)點(diǎn)，適用于衛(wèi)星測(cè) 繪領(lǐng)域。
[0004] 采用線陣推掃成像，每行圖像都需要對(duì)應(yīng)的姿態(tài)參數(shù)，由于現(xiàn)今的姿態(tài)測(cè)量速率 不高，通常采用插值的方式給出各行的姿態(tài)參數(shù)，精度大大降低；和以往的三線陣推掃成 像相比，雙面陣推掃立體測(cè)繪成像時(shí)每幀圖像都滿足中心投影規(guī)律，一幅圖像只需要一組 姿態(tài)參數(shù)，可降低對(duì)姿態(tài)測(cè)量更新率的要求。而且隨著生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，使用高分辨率如 30000X5000的面陣成像器件已成為可能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有采用三線陣推掃成像，每行圖像都需要對(duì)應(yīng)的姿態(tài)參數(shù)，導(dǎo)致 姿態(tài)測(cè)量速率低以及精度大大降低的問(wèn)題，提供一種雙面陣推掃立體測(cè)繪成像方法及成像 系統(tǒng)。
[0006] 雙面陣推掃立體測(cè)繪成像方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0007] 步驟一、計(jì)算面陣C⑶圖像傳感器的行周期和幀周期：
[0008] 所述面陣(XD圖像傳感器的行周期tH用公式表示一為：
[0009]公式一、

【權(quán)利要求】
1. 雙面陣推掃立體測(cè)繪成像方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟一、計(jì)算面陣CCD圖像傳感器的行周期和幀周期： 所述面陣CCD圖像傳感器的行周期tH用公式表示一為： bx/i -GSD- GSD _ fxcosa 么式一、R χ jGM = R χ jGJW ， R + -- X V/? + // R + H Χ? R + li 式中，VN為星下點(diǎn)的平均速度，G為萬(wàn)有引力常數(shù)，M為地球質(zhì)量，R為平均地球半徑，H 為飛行器平均離地高度；GSD為地面像元分辨率，b為面陣圖像傳感器的像元尺寸，a為雙面 陣光學(xué)系統(tǒng)夾角的一半， 所述面陣CCD圖像傳感器的最大幀周期為： 公式-、tframe_max 一 tHXk， 式中k為面陣CCD圖像傳感器的行數(shù)； 步驟二、計(jì)算雙面陣推掃立體測(cè)繪成像系統(tǒng)在沿軌推掃成像過(guò)程中，雙面陣CCD圖像 傳感器拍攝到相同區(qū)域的間隔時(shí)間： _ 2tga X // _ 2tga x /7 公式三VN=~r\：Vgm~， R + H X\R + If 步驟三、根據(jù)步驟二獲得的間隔時(shí)間，計(jì)算面陣CCD圖像傳感器的最佳幀周期，所述最 佳幀周期用公式四表示為： 言jiange _ 2.t^Cl X // 公式四、川 R I GM ' mx-X J- R + 1I \R + li 且所述公式四滿足 f t 八卡 flange ，jiange Λ 八立、 I frame max _1 ? m m-\ 將公式一、公式二、公式三、公式四代入公式五，獲得公式六： b X II X k 公式六_2tgax,/ ·_-_2tgax,/, ， 式 R I GM R I GM , 1Λ R I GM mx x J - x J (m-l)x x J 7?+ // V/? + // R+U \R + H R + -- V/? + // 通過(guò)求解公式六，獲得雙面陣光學(xué)系統(tǒng)的夾角2a與面陣CCD圖像傳感器的像元尺寸b、 行數(shù)k、焦距f的限定關(guān)系： 2tga bxk <2tga m fxcosa m -1 式中m為大于1的正整數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)雙面陣推掃立體測(cè)繪的成像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面陣推掃立體測(cè)繪成像方法的成像系統(tǒng)，其特征是，所述 雙面陣推掃立體測(cè)繪成像系統(tǒng)包括主控制器，兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，與主控制器連接的雙面陣CCD 圖像傳感器、軌道參數(shù)測(cè)量設(shè)備、姿態(tài)參數(shù)測(cè)量設(shè)備以及圖像采集及處理系統(tǒng)， 所述姿態(tài)參數(shù)測(cè)量設(shè)備為主控制器提供成像系統(tǒng)的姿態(tài)測(cè)量參數(shù)信息，軌道參數(shù)測(cè)量 設(shè)備為主控制器提供軌道測(cè)量參數(shù)信息； 所述兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在飛行器的沿軌方向上保持固定夾角對(duì)地成像，地面景物分別經(jīng)所 述兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)成像在雙面陣CCD圖像傳感器上； 雙面陣CCD圖像傳感器采用全局快門方式曝光，并將輸出的圖像數(shù)據(jù)送入主控制器； 主控制器將帶時(shí)標(biāo)信息的姿態(tài)測(cè)量參數(shù)信息、軌道測(cè)量參數(shù)信息以及每幅圖像攝像起始時(shí) 刻對(duì)應(yīng)的高精度時(shí)標(biāo)與圖像數(shù)據(jù)同時(shí)傳送至圖像采集及處理系統(tǒng)， 經(jīng)所述圖像采集及處理系統(tǒng)處理后傳輸回地面接收設(shè)備；雙面陣(XD圖像傳感器在 TDI方式下進(jìn)行前向的像移補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)雙面陣推掃立體測(cè)繪成像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙面陣推掃立體測(cè)繪成像系統(tǒng)，其特征在于，所述軌道參數(shù) 測(cè)量設(shè)備使用GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)時(shí)鐘源，主控制器內(nèi)部集成高精度時(shí)標(biāo)產(chǎn)生模塊，高精 度時(shí)標(biāo)產(chǎn)生模塊直接接收GPS接收機(jī)的硬件秒脈沖信號(hào)和對(duì)應(yīng)秒脈沖的GPS整秒時(shí)間產(chǎn)生 1?精度時(shí)標(biāo)，并在每巾貞攝像時(shí)將攝像起始時(shí)刻的1?精度時(shí)標(biāo)隨圖像數(shù)據(jù)輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙面陣推掃立體測(cè)繪成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括兩個(gè)偏 流補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，所述雙面陣CCD圖像傳感器在TDI方式下進(jìn)行前向像移補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)雙面陣立體 測(cè)繪成像，
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙面陣推掃立體測(cè)繪成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的偏流補(bǔ) 償機(jī)構(gòu)采用采用編碼器和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK104296726SQ201410531702
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】余達(dá), 劉金國(guó), 郭永飛, 徐東, 孔德柱, 李嘉, 張琨 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所