一种卫星光学遥感相机内方元素在轨检校方法

摘要

本发明涉及一种卫星光学遥感相机内方元素在轨检校方法，该方法根据通常的光学镜头畸变模型建立了3阶内方元素模型，并基于相对角度误差受外方元素误差影响小的原理，从视向量之间的相对角度关系中提取了内方元素的模型参数，并得到拟合残差，通过调整相机焦距f，使得拟合残差最小，完成在轨检校，本发明方法实现了内外方元素解耦，并通过在轨检校光学遥感相机的几何参数，提高了遥感卫星图像的内部几何精度，减小了光学畸变误差。

主权项

1.一种卫星光学遥感相机内方元素在轨检校方法，其特征在于包括如下步骤：建立OXYZ三维坐标系，其中相机在坐标系中的位置为O₁，地球中心在坐标系中的位置为O₂，坐标系中X向为线阵推扫方向，Y向为垂轨方向，Z向为遥感相机视轴，设地面某控制点P，向量O₁P与地球相交于P点，O₁P与焦平面相交于P₂点，由于光学部件设计与加工缺陷的存在，视向量O₁P在焦平面的实际成像位置为P₁点，设P₂点的Y坐标为y₂，P₁点的Y坐标为y₁，则根据径向畸变模型公式得出y₂与y₁的关系式：y₂＝c₀+c₁y₁+c₂y₁²+c₃y₁³计算模型参数c₀、c₁、c₂和c₃，将计算得到的模型参数c₀、c₁、c₂和c₃代入上式，得到P₂点修正后的Y坐标y₂′，进一步得到拟合残差Δy₂＝y′₂-y₂，调整相机焦距f，使得拟合残差Δy₂最小，完成在轨检校，其中计算模型参数c₀、c₁、c₂和c₃的步骤如下：(1)选择几何检校区，卫星在几何检校区成像后得到1级图像，同时选择与1级图像具有相同分辨率或更高分辨率的正射影像和DEM高程图作为参考图，在1级图像上选取k个控制点，同时在所述参考图上选取k个同名点，记录1级图像上k个控制点的坐标(m，n)，m表示列号，n表示行号，记录参考图上k个同名点的经纬度坐标和高度值(Lon，Lat，h)，Lon表示经度，Lat表示纬度，h表示高度，其中k为正整数，且20＜k＜40；(2)根据列号m，计算OXYZ三维坐标系下控制点的y坐标，y＝c(m-M/2)，其中M表示一行的像元个数，c表示像元尺寸，得到控制点线阵向量w₀(0，y，f)，进一步归一化得到控制点线阵向量w_i；(3)根据行号n，计算控制点所在行的成像时刻秒计数t， t＝n·d-t₀，其中d为积分时间，t₀为1级图像第一行秒计数，根据秒计数t，利用卫星下传的GPS数据，计算成像时刻卫星在地固系的位置坐标向量P_t，并假设卫星和相机的坐标重合，根据参考图上同名点的经纬度坐标和高度值(Lon，Lat，h)，计算得到地固系下控制点的坐标向量P_j，控制点坐标向量P_j减去卫星位置坐标向量P_t得到控制点视向量v₀，进一步归一化得到控制点视向量v_i；(4)在k个控制点的线阵向量w_i中选择最接近相机视轴的向量w_ij，计算向量w_ij与视轴的夹角a：y₀表示离相机视轴最近的控制点的y坐标；分别以最接近相机视轴的向量w_ij、v_ij为基准，计算其它k-1个向量与所述向量w_ij、v_ij的夹角，得到k-1个控制点线阵向量间夹角Aw_i和k-1个控制点视向量间夹角Av_i，每个夹角都加上一个夹角a，得到Aw’_i和Av’_i；(5)计算线阵坐标Bw_i和Bv_i，计算公式为：Bw_i＝f*tan(Aw′_i)Bv_i＝f*tan(Av′_i)，f为相机焦距；线阵坐标Bw_i和Bv_i分别对应公式y₂＝c₀+c₁y₁+c₂y₁²+c₃y₁³中的y₁和y₂，将Bw_i和Bv_i代入公式y₂＝c₀+c₁y₁+c₂y₁²+c₃y₁³，用最小二乘法拟合得到模型参数c₀、c₁、c₂和c₃。