一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法，本发明研究了三线阵测绘相机的立体成像模型，根据不同相机的安装方式以及卫星轨道参数给出不同成像条件下三台相机对同一目标成像时的入瞳辐亮度的差异，并结合相机实际响应度以及在轨积分时间的差异给出了三台相机的输出响应差异，从而实现了通过设置一台相机（正视相机）的成像参数实时地调整其他两台相机。本发明给出了不同纬度下相机成像参数的动态匹配设置，提高了立体影像的辐射质量。
【专利说明】一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法，属于航天光学遥感器应用【技术领域】，。
【背景技术】
[0002]航天测绘技术是航天对地观测成像技术的重要组成部分，是非常重要的一类对地成像观测卫星，并逐渐从军事作战航天保障体系的重要组成部分发展成为现代战争作战能力的重要组成部分。在民用测绘【技术领域】，航天测绘技术也是一种现代化高效测绘技术手段。
[0003]测绘相机是测绘卫星上的重要有效载荷，以推扫成像的CXD测量相机，受到国际上普遍的关注，按照CCD相机组合方式不同及摄影测量原理不同可分为三类:单线阵CCD相机，星载双线阵测量相机和三线阵CCD立体测绘相机。
[0004]三线阵测绘相机包括垂直对地成像的正视相机、向前倾斜成像的前视相机以及向后倾斜成像的后视相机。各相机自带完整的光学成像系统，分别独立工作。在卫星平台的轨道运行中，前视相机、正视相机和后视相机相隔一段时间先后对目标区域照准成像，获取该区域的重叠影像。随着测绘技术的发展，对重叠影像的辐射和几何特性提出了越来越高的要求。为了保证三台相机对同一目标成像的辐射特性的一致性，需要适时的调整相机的成像参数，达到高精度的图像匹配能力。
[0005]目前太阳高度角的计算只考虑卫星的轨道参数，得到的卫星观测的太阳高度角即是相机的，而测绘卫星上一般有几台相机，且不同相机在卫星上的安装方式不一致，导致不同相机对同一目标成像时的成像时刻和观测角度均不同，这种观测条件的差异会引起大气传输路径的改变，从而影响同一目标到达不同相机前的入瞳辐亮度。
【发明内容】
[0006]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提出了一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法，根据不同相机的安装方式以及卫星轨道参数给出不同成像条件下三台相机对同一目标成像时的入瞳辐亮度的差异，并结合相机实际响应度以及在轨积分时间的差异给出了三台相机的输出响应差异，从而实现了通过设置一台相机的成像参数实时地调整其他两台相机进而达到测量的一致性。
[0007]本发明的技术方案是:
[0008]一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法，包括步骤如下:
[0009]I)确定太阳高度角、太阳方位角、相机观测方位角和相机观测高度角；所述太阳高度角为太阳与地面目标的连线与过地面目标的法平面之间的夹角；所述太阳方位角为太阳与地面目标的连线在地球表面的投影线与地球表面上过地面目标正北方位线的夹角；所述相机观测方位角表示相机与地面目标的连线在地面的投影与正北方向的夹角；所述相机观测高度角表示相机与卫星垂直对地轴的夹角；[0010]2)根据当前立体测绘相机成像时刻的太阳赤纬角CO和太阳时角t，计算出纬度范围[-90°，90° ]内每隔10°的太阳高度角hs;
[0011]3)根据步骤(2)中计算出的太阳高度角hs以及太阳赤纬角CO和太阳时角t计算不同纬度下的太阳方位角Vs;
[0012]4)根据测绘卫星上三台相机(前视相机、后视相机和正视相机)的视轴矢量以及卫星轨道的倾角计算出纬度范围[-90°，90° ]内的每隔10°下不同相机的观测高度角hv和观测方位角￥v;
[0013]5)统计卫星图像，通过图像反演得到春分、夏至、秋分和冬至四个典型节气下地面目标的真实反射率；
[0014]6)根据太阳高度角hs、太阳方位角Vs、相机观测高度角hv、相机观测方位角UTv以及步骤5)计算得到的地面目标的真实反射率P，计算出不同目标反射率下每台相机的入瞳辐亮度L，从而得到不同成像时刻三台相机之间的辐亮度差异；
[0015]7)确定三台相机在相同辐亮度和相同相机参数下的响应度差异，根据积分球辐射定标数据，提取出三台相机在相同成像参数下的定标数据，得出相同辐亮度下不同相机的响应度差异；
[0016]8)计算出以正视相机为基准， 前后视相机与正视相机在任一成像时刻的响应输出的相对关系；所述的响应输出的相对关系确定方法如下:
[0017]a)根据步骤6)得到前后视相机相对于正视相机的辐亮度差异；
[0018]b)根据步骤7)得到前后视相机相对于正视相机的响应度差异；
[0019]c)根据GPS实时计算的积分时间得到前后视相机相对于正视相机的积分时间差
异；
[0020]d)将步骤a)、b)和c)得到的辐亮度差异、响应度差异和积分时间差异进行累积相乘得到最终的响应输出的相对关系；
[0021]9)根据积分球辐射定标数据得到的绝对定标系数确定不同成像时刻正视相机的成像参数，然后根据步骤8)的相对关系对前后视相机的成像参数进行调整，原则也是先调整TDI (Time Delay Integration)级数，再调整相机增益。
[0022]所述步骤2)的太阳高度角hs的具体计算公式为:
[0023]sin hs=cosO cos co cost+sinO sin co
[0024]
【权利要求】
1.一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法，其特征在于步骤如下: 1)确定太阳高度角、太阳方位角、相机观测方位角和相机观测高度角；所述太阳高度角为太阳与地面目标的连线与过地面目标的法平面之间的夹角；所述太阳方位角为太阳与地面目标的连线在地球表面的投影线与地球表面上过地面目标正北方位线的夹角；所述相机观测方位角表示相机与地面目标的连线在地面的投影与正北方向的夹角；所述相机观测高度角表示相机与卫星垂直对地轴的夹角； 2)根据当前立体测绘相机成像时刻的太阳赤纬角《和太阳时角t，计算出纬度范围[-90° ,90° ]内每隔10°的太阳高度角hs; 3)根据步骤(2)中计算出的太阳高度角hs以及太阳赤纬角《和太阳时角t计算不同纬度下的太阳方位角￥s; 4)根据测绘卫星上三台相机的视轴矢量以及卫星轨道的倾角计算出纬度范围[-90° ,90° ]内的每隔10°下不同相机的观测高度角hv和观测方位角Vv; 5)统计卫星图像，通过图像反演得到春分、夏至、秋分和冬至四个典型节气下地面目标的真实反射率； 6)根据太阳高度角匕、太阳方位角Vs、相机观测高度角hv、相机观测方位角Vv以及步骤5)计算得到的地面目标的真实反射率P，计算出不同目标反射率下每台相机的入瞳辐亮度L，从而得到不同成像时刻三台相机之间的辐亮度差异； 7)确定三台相机在相 同辐亮度和相同相机参数下的响应度差异，根据积分球辐射定标数据，提取出三台相机在相同成像参数下的定标数据，得出相同辐亮度下不同相机的响应度差异; 8)计算出以正视相机为基准，前后视相机与正视相机在任一成像时刻的响应输出的相对关系；所述的响应输出的相对关系确定方法如下: a)根据步骤6)得到前后视相机相对于正视相机的辐亮度差异； b)根据步骤7)得到前后视相机相对于正视相机的响应度差异； c)根据GPS实时计算的积分时间得到前后视相机相对于正视相机的积分时间差异； d)将步骤a)、b)和c)得到的辐亮度差异、响应度差异和积分时间差异进行累积相乘得到最终的响应输出的相对关系； 9)根据积分球辐射定标数据得到的绝对定标系数进而确定不同成像时刻正视相机的成像参数，然后根据步骤8)的相对关系对前后视相机的成像参数进行调整，原则也是先调整TDI级数，再调整相机增益。
2.根据权利要求1所述的一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法，其特征在于:所述步骤2)的太阳高度角hs的具体计算公式为:
sin hs=cosOcos co cost+sinO sin co r? t./ I ?
h = arcsin <| cos (I) cos[23.5 sin(^^)] cos t + sin O sin[23,5 sin(^^)] j， 其中t G [0, 131400]，从I日0时开始，终止时刻为第365日24时，每24小时t变化了 360°，O表示为纬度。
3.根据权利要求1所述的一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法，其特征在于:所述步骤3)的太阳方位角Vs的具体计算公式为:
4.根据权利要求1所述的一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法，其特征在于:所述步骤4)的相机观测高度角hv和相机观测方位角Vv的具体计算公式为:前视相机与正视相机之间的交会角为A1，后视相机与正视相机之间的交会角为A2，卫星的侧摆角度为e，轨道倾角为S，则三台相机的观测高度角hv分别为: 前视相机:arccos (cos pos 0 ) 正视相机:e
后视相机:arccos (cos (J)2Cos 0 ) 相机的观测方位角ψ为--
5.根据权利要求1所述的一种应用于立体测绘相机的参数设置和调整方法，其特征在于:所述步骤9)的绝对定标系数确定和成像参数调整方法如下: a)首先根据积分球辐射定标数据计算出基准增益、默认积分时间下以及TDI级数为I级时的绝对定标系数kO和bO，所述基准增益为I对模拟信号1:1量化； b)根据在轨实时计算的积分时间和默认积分时间的比值q得到当前积分时间下的绝对定标系数kl=q*kO ； c)根据正视相机的入瞳辐亮度80%饱和输出对应的绝对定标系数k2； d)根据k2/kl的大小选择合适的TDI级数N，N必须小于等于k2/kl，再通过调增益k2/k1*N来满足绝对定标系数的要求。
【文档编号】G01C11/02GK103776427SQ201410026118
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】何红艳, 齐文雯, 高卫军, 王小燕, 李方琦, 高凌雁, 赵占平, 李岩 申请人:北京空间机电研究所