一种线阵推扫式相机在轨光学畸变参数标定方法

摘要

一种线阵推扫式相机在轨光学畸变参数标定方法，步骤为：（1）采用基于控制点的自动匹配算法采集得到密集的高精度控制点信息；（2）建立各控制点处严格成像几何模型；（3）计算各控制点处理论指向矢量与实际指向矢量，建立相机内方位元素几何检校数学模型；（4）建立理论指向矢量与图像列号对应的畸变多项式模型；（5）最小二乘法解算误差方程，迭代求解得到相机内部光学畸变标定参数。本发明通过选取大量高精度地面控制点，对卫星在轨相机内部光学系统畸变进行标定，标定结果可用于提升卫星图像无控定位精度和有控定位精度，利用内畸变标定参数进行相机内方位元素修正后，图像内部畸变基本消除。

主权项

一种线阵推扫式相机在轨光学畸变参数标定方法，其特征在于包括下列步骤：1)在待检校影像I₁、控制影像I₂上利用控制点自动匹配算法，采集匹配控制点对信息，所述的匹配控制点对信息为T个匹配控制点对{PixI_1n，PixI_2n}，其中n＝1,2,3,…,T；采用格网筛选策略，使匹配控制点对在待检校影像区域内均匀分布；记录每一个匹配控制点对{PixI_1n，PixI_2n}的待检校影像坐标(i,j)以及对应控制影像坐标在WGS84坐标系下的三维位置坐标(lat,lon,height)；2)获取各控制点处的相机内方位元素以及辅助数据，所述的辅助数据包括卫星的轨道、姿态、行时；建立各控制点处的严格成像模型其中[X_S,Y_S,Z_S]为各控制点对应的行时时刻下卫星在协议地心坐标系中的位置，即控制点处轨道位置(PX,PY,PZ)；[X_G,Y_G,Z_G]为各控制点对应像元所对应的地面目标点在协议地心坐标系中的坐标；psiX、psiY分别为各控制点对应图像的像元主光轴单位矢量与卫星本体坐标系X轴、Y轴的夹角；u为比例因子；M₀为卫星本体坐标系相对于相机的安装矩阵，在卫星发射前由地面测量获取；M₁为各控制点对应的行时时刻下卫星至轨道坐标系旋转矩阵，由卫星上测量的姿态角构成；M₂为各控制点对应的行时时刻下轨道至J2000.0坐标系旋转矩阵；M₃为该时刻下J2000.0至WGS84坐标系旋转矩阵；M为卫星本体坐标系相对于相机的安装补偿矩阵；3)根据步骤2)得到的严格成像模型，计算各控制点对应理论指向矢量，并获得待检校影像点对应在沿轨和垂轨方向理论探元指向角；31)对任一组控制点，利用控制影像坐标在WGS84坐标系下的三维位置坐标(lat,lon,height)，计算控制点处光轴在相机坐标系中指向矢量V，将其进行归一化处理后作为该控制点处的理论指向矢量V_理论(X，Y，Z)；其中a为地球长半轴，b为地球短半轴；32)根据步骤31)得到的理论指向矢量，计算获得探元在沿轨和垂轨方向的理论探元指向角4)建立图像列与到理想探元指向角之间的函数模型其中S为图像列号，A₀、A₁、A₂、A₃以及B₀、B₁、B₂、B₃为函数模型系数；对各控制点对构建参数解算误差方程x＝(A^TA+E)^‑1(A^Tb+x)；其中E为单位矩阵；所述psiX_n，psiY_n为第n个控制点所对应相机探元在沿轨和垂轨方向的理论探元指向角；5)采用最小二乘法解算步骤4)得到的参数解算误差方程；得到内检校参数。