[发明专利]用于TDICCD线阵推扫传感器的坐标反算方法

说明书

技术领域

本发明属于航天与航空摄影测量领域，涉及利用TDICCD线阵推扫传感器的共线方程模型进行从物方坐标反算像方坐标时，一种基于虚拟影像行号的高精度坐标反算方法。

背景技术

TDICCD（时间延迟积分电荷耦合器件）是目前获取高分辨率光学卫星影像的主要传感器。TDICCD的行积分时间在推扫成像过程中可实时调整，这在一方面补偿了像移运动，使得TDICCD影像的清晰度优于传统CCD（电荷耦合元件）影像；另一方面也使得线阵传感器共线方程模型的光滑程度下降，使得有理多项式模型拟合精度不够，或基于共线方程式从物方坐标反算像方坐标过程中迭代不收敛，导致图像产品的几何质量降低。

如图1所示TDICCD线阵推扫成像示意图，St为t时刻的投影中心，p（sample,line）表示点的像方坐标，P（X,Y,Z）表示点的物方坐标。在TDICCD推扫成像数据的几何处理过程中需要大量地使用坐标正反变换。其中，基于共线方程模型的坐标正算过程是从物方坐标反算像方坐标的基础。一般的坐标反算预处理过程如下：首先在共线方程模型坐标正算基础上，计算出一组虚拟立体格网控制点的像方和物方坐标，再确定从物方坐标到像方坐标的几何模型M（三维多项式或有理多项式）；最后利用这些虚拟立体格网控制点解算从物方坐标到像方坐标的几何模型M的参数。一般的坐标反算方法分为两类，一是基于有理多项式进行直接计算，二是基于共线方程式和三维多项式进行迭代计算（需要迭代是因为像方坐标未知、成像时刻未知、外方位元素未知）。在迭代过程中，需要利用三维多项式给出较为精确的像方坐标初值，以减少迭代次数、控制迭代过程、防止迭代不收敛。由此可见，无论采用哪种方法进行坐标反算，几何模型M都是必不可少的。

几何模型M的拟合精度取决于线阵传感器共线方程模型的光滑程度。当TDICCD行积分时间发生跳变时，线阵传感器共线方程模型的光滑程度就会大大降低，几何模型M（包括有理多项式和三维多项式）的拟合精度也跟着降低，最终使得坐标反算精度满足不了使用要求。因此，在TDICCD推扫成像数据的几何处理过程中，如传感器校正、正射纠正等，都迫切需要一种高精度的坐标反算方法。

发明内容

本发明所要解决的问题是当TDICCD行积分时间发生跳变时，如何实现高精度的基于共线方程模型的坐标反算，以提高图像产品的几何精度。

本发明的技术方案为一种用于TDICCD线阵推扫传感器的坐标反算方法，基于虚拟影像进行原始影像坐标反算，所述虚拟影像是一个行积分时间恒定不变的影像，在固定的一段时间内，行积分时间与影像行数成反比关系；反算实现方式如下，

设Pi表示第i次迭代开始时的物方坐标，其中i=0时，P0（B0,L0,H0）为外部输入的物方坐标真实值，（B0,L0）为地理经纬度坐标，H0为物方高程；p（sample_i,line_i）为第i次迭代输出的原始影像坐标值，sample_i为原始影像列号，line_i为原始影像行号；初始化i=0，执行迭代过程如下，

步骤1，根据几何模型M，从物方坐标Pi（Bi,Li,H0）反算得到虚拟影像坐标（sample_i,vline_i）；

所述几何模型M的形式为三维多项式或有理多项式，几何模型M的系数根据虚拟影像的虚拟立体格网控制点坐标通过最小二乘拟合得到；

步骤2，根据虚拟影像坐标中的行号vline_i计算原始影像行号line_i，实现方式如下，

虚拟影像与原始影像的行、列数相同，则虚拟影像的行积分时间dt等于原始影像的总成像时间除以原始影像的总行数；先根据虚拟行号与成像时刻之间的关系，求出虚拟行号vline_i对应的成像时刻t_vline＝start_time+vline_i×dt，start_time为首行影像的成像时刻；再根据原始影像行号与成像时刻之间的关系求出成像时刻对应的原始影像行号line_i；

步骤3，根据原始影像坐标p（sample_i,line_i）和物方坐标真实值P0中的物方高程H0计算物方坐标P'（B',L'）；