一种时空联合调制干涉成像光谱仪姿态误差校正方法

摘要

本发明公开了一种时空联合调制干涉成像光谱仪的姿态误差校正方法，包括步骤一：通过时空联合调制干涉成像光谱仪获取包括感兴趣目标点的图像；步骤二：根据POS测量数据解算外方位元素；步骤三：建立理想像空间坐标系与畸变像空间坐标系间的函数关系；步骤四：获取感兴趣目标点Q在畸变像平面内的位置Q′；步骤五：获取畸变图像中感兴趣目标点对应某一光程差的干涉强度；步骤六：判断是否完成畸变图像采集；步骤七：获取感兴趣目标点对应不同光程差的完整的干涉数据；步骤八：得到感兴趣目标点光谱。本发明将POS数据引入校正环节，直接从畸变图像序列中提取感兴趣目标点的干涉强度数据，再进行非均匀傅里叶变换复原光谱，能够提高目标的光谱复原精度。

主权项

一种时空联合调制干涉成像光谱仪的姿态误差校正方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：通过时空联合调制干涉成像光谱仪获取包括感兴趣目标点的图像，即畸变图像；根据香农采样定理确定采集畸变图像的数量A，A表示采集畸变图像的数量；对于感兴趣目标点，每一幅畸变图像对应一个特定的光程差，A幅畸变图像对应A个不同的光程差；步骤二：根据POS测量数据解算外方位角元素；针对一幅畸变图像，获取外方位角元素，具体为：航片外方位角元素表征摄影光束在摄影瞬间的空间方位，用以X_s轴为主轴的转角系统表示时，为旁向倾角、ω为航向倾角、κ为相片旋角，ω、κ与POS测得的俯仰角Φ、侧滚角Ω、偏航角Κ之间的转换关系为：式中：表示成图坐标系m与地心坐标系E之间的旋转矩阵、表示地心坐标系E与局部地理坐标系g之间的旋转矩阵、表示局部地理坐标系g与IMU坐标系b之间的旋转矩阵、表示IMU坐标系b与成像光谱仪坐标系c之间的旋转矩阵、表示成像光谱仪坐标系c与像空间坐标系i之间的旋转矩阵；表示成图坐标系m到像空间坐标系坐标系i之间的旋转矩阵，它是ω、κ的函数；表示局部地理坐标系g到IMU坐标系b之间的旋转矩阵，它是Φ、Ω、Κ的函数；步骤三：建立理想像空间坐标系与畸变像空间坐标系间的函数关系；由于承载平台姿态发生变化导致摄影坐标系O_S‑X_SY_SZ_S依次绕其X_s轴、Y_s轴、Z_s轴旋转角度ω、κ后，理想像空间坐标系O‑XYZ转变成畸变像空间坐标系O′‑X′Y′Z′，两坐标系间的转换关系为：$\left[\begin{array}{c}{X}^{\prime }\\ Y^{\prime }\\ Z^{\prime }\end{array}\right]=R\times \left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]+p---\left(2\right)$式中：平移向量f为焦距，s为像元分辨率；步骤四：获取感兴趣目标点Q(x_Q,y_Q)在畸变像平面内的位置Q′(x′_Q′,y′_Q′)；O_S为摄影点，对于理想像平面XOY内点Q(x_Q,y_Q)，直线O_sQ与畸变像平面X′O′Y′的交点为Q′(x′_Q′,y′_Q′)点，Q′(x′_Q′,y′_Q′)即为感兴趣目标点Q(x_Q,y_Q)在畸变像平面内的位置；已知在理想像空间坐标系中，摄影点O_S坐标为(0,0,‑f/s)，目标点Q坐标为(x_Q,y_Q,0)，根据式（2）得到O_S、Q在畸变像空间坐标系中的坐标依次为(x′₁,y′₁,z′₁)、(x′₂,y′₂,z′₂)，则直线O_sQ在畸变像空间坐标系中的方程为：$\frac{x^{\prime }-{x_1}^{\prime }}{{x_2}^{\prime }-{x_1}^{\prime }}=\frac{y^{\prime }-{y_1}^{\prime }}{{y_2}^{\prime }-{y_1}^{\prime }}=\frac{z^{\prime }-{z_1}^{\prime }}{{z_2}^{\prime }-{z_1}^{\prime }}---\left(3\right)$畸变像平面方程为：z′＝0     （4）联立式（3）、式（4），得到交点Q′坐标(x′_Q′,y′_Q′)；通过上述过程，得到Q′(x′_Q′,y′_Q′)为畸变图像中感兴趣目标点的坐标；步骤五：获取畸变图像中感兴趣目标点对应某一光程差的干涉强度；步骤四中得到畸变图像中感兴趣目标点Q′坐标(x′_Q′,y′_Q′)，当(x′_Q′,y′_Q′)为整数时，获取畸变图像Q′点位置处的灰度值，即为Q′点对应某一光程差下的干涉强度值，当(x′_Q′,y′_Q′)为非整数时，采用最近邻插值法，获取畸变图像Q′点位置处的灰度值，即为Q′点对应某一光程差下的干涉强度值；步骤六：判断是否完成畸变图像采集；判断畸变图像采样点数是否达到A，如果达到，进入步骤七，否则，返回步骤一，继续通过时空联合调制干涉成像光谱仪获取包括感兴趣目标点的图像；步骤七：获取感兴趣目标点Q对应不同光程差的完整的干涉数据；获取感兴趣目标点Q对应A个不同光程差的完整的干涉强度数据；步骤八：将感兴趣目标点Q的完整干涉强度数据通过非均匀傅里叶变换复原得到该感兴趣目标点Q的光谱；对感兴趣目标点Q完整的干涉强度数据进行非均匀傅里叶变换，傅里叶变换后的光谱曲线即为目标点的光谱。