雙面陣推掃立體測繪成像方法及成像系統的制作方法
【專利摘要】雙面陣推掃立體測繪成像方法及成像系統，涉及一種成像系統，解決現有采用三線陣推掃成像，每行圖像都需要對應的姿態參數，導致姿態測量速率低以及精度大大降低的問題，本發明所述的雙面陣推掃立體測繪成像時每幀圖像都滿足中心投影規律，每幅圖像只需要一組姿態參數，降低了對姿態更新率的要求；使用兩片面陣成像器件實現大基高比推掃立體測繪成像，根據軌道高度和面陣傳感器的像元尺寸設置行周期，根據行周期和面陣傳感器的列數可獲得最大幀周期，根據軌道高度和兩面陣光學系統的夾角，計算出最佳的幀周期；同時對高分辨率的面陣成像器件的工作方式和兩面陣光學系統的夾角進行了限定。
【專利說明】雙面陣推掃立體測繪成像方法及成像系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種成像系統，具體涉及一種雙面陣推掃立體測繪成像系統。
【背景技術】
[0002] 具備立體測圖或高程測量能力的衛星稱為測繪衛星，其任務是進行立體觀測，獲 取地面目標的幾何和物理屬性。空間位置信息是地面目標的基本幾何屬性，在軍事和民用 領域有廣泛的應用。測繪衛星系列包括高分辨率光學立體測繪衛星、干涉雷達衛星和重力 衛星等，而采用光學傳感器的高分辨率測繪衛星是當前測繪應用的主要數據來源，且光學 遙感以其可視性好，技術實現性好而得以迅速發展。
[0003] 隨著攝影測量技術的發展，傳輸型光學立體測繪衛星因其可長期在軌運行、快速 獲取三維地理信息的能力，克服了返回式衛星因受其攜帶的膠片數量限制而在軌壽命短、 獲取情報的時效性差和不能直接形成數字影像等不足，已逐漸成為攝影測量衛星發展的主 流。傳輸型三線陣光學成像及攝影測量屬于動態攝影，衛星從不同視角多次對同一目標攝 像，通過后期影像處理可確定目標的三維空間位置信息。三線陣測繪衛星具有相機幾何結 構穩定、基高比高、立體影像時間一致、對衛星平臺穩定度要求較低等優點，適用于衛星測 繪領域。
[0004] 采用線陣推掃成像，每行圖像都需要對應的姿態參數，由于現今的姿態測量速率 不高，通常采用插值的方式給出各行的姿態參數，精度大大降低；和以往的三線陣推掃成 像相比，雙面陣推掃立體測繪成像時每幀圖像都滿足中心投影規律，一幅圖像只需要一組 姿態參數，可降低對姿態測量更新率的要求。而且隨著生產工藝的改進，使用高分辨率如 30000X5000的面陣成像器件已成為可能。
【發明內容】
[0005] 本發明為解決現有采用三線陣推掃成像，每行圖像都需要對應的姿態參數，導致 姿態測量速率低以及精度大大降低的問題，提供一種雙面陣推掃立體測繪成像方法及成像 系統。
[0006] 雙面陣推掃立體測繪成像方法，該方法由以下步驟實現：
[0007] 步驟一、計算面陣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、
【權利要求】
1. 雙面陣推掃立體測繪成像方法，其特征是，該方法由以下步驟實現： 步驟一、計算面陣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為星下點的平均速度，G為萬有引力常數，M為地球質量，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 陣光學系統夾角的一半， 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； 步驟二、計算雙面陣推掃立體測繪成像系統在沿軌推掃成像過程中，雙面陣CCD圖像 傳感器拍攝到相同區域的間隔時間： _ 2tga X // _ 2tga x /7 公式三VN=~r\：Vgm~， R + H X\R + If 步驟三、根據步驟二獲得的間隔時間，計算面陣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/? + // 通過求解公式六，獲得雙面陣光學系統的夾角2a與面陣CCD圖像傳感器的像元尺寸b、 行數k、焦距f的限定關系： 2tga bxk <2tga m fxcosa m -1 式中m為大于1的正整數，最終實現雙面陣推掃立體測繪的成像。
2. 根據權利要求1所述的雙面陣推掃立體測繪成像方法的成像系統，其特征是，所述 雙面陣推掃立體測繪成像系統包括主控制器，兩個光學系統，與主控制器連接的雙面陣CCD 圖像傳感器、軌道參數測量設備、姿態參數測量設備以及圖像采集及處理系統， 所述姿態參數測量設備為主控制器提供成像系統的姿態測量參數信息，軌道參數測量 設備為主控制器提供軌道測量參數信息； 所述兩個光學系統在飛行器的沿軌方向上保持固定夾角對地成像，地面景物分別經所 述兩個光學系統成像在雙面陣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，并將輸出的圖像數據送入主控制器； 主控制器將帶時標信息的姿態測量參數信息、軌道測量參數信息以及每幅圖像攝像起始時 刻對應的高精度時標與圖像數據同時傳送至圖像采集及處理系統， 經所述圖像采集及處理系統處理后傳輸回地面接收設備；雙面陣(XD圖像傳感器在 TDI方式下進行前向的像移補償，實現雙面陣推掃立體測繪成像。
3. 根據權利要求2所述的雙面陣推掃立體測繪成像系統，其特征在于，所述軌道參數 測量設備使用GPS接收機作為基準時鐘源，主控制器內部集成高精度時標產生模塊，高精 度時標產生模塊直接接收GPS接收機的硬件秒脈沖信號和對應秒脈沖的GPS整秒時間產生 1?精度時標，并在每巾貞攝像時將攝像起始時刻的1?精度時標隨圖像數據輸出。
4. 根據權利要求3所述的雙面陣推掃立體測繪成像系統，其特征在于，還包括兩個偏 流補償機構，所述雙面陣CCD圖像傳感器在TDI方式下進行前向像移補償，實現雙面陣立體 測繪成像，
5. 根據權利要求4所述的雙面陣推掃立體測繪成像系統，其特征在于，所述的偏流補 償機構采用采用編碼器和步進電機進行補償。
【文檔編號】G01C11/00GK104296726SQ201410531702
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】余達, 劉金國, 郭永飛, 徐東, 孔德柱, 李嘉, 張琨 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所