基于分段仿射变换的星载三片非共线TDICCD影像拼接方法

摘要

本发明涉及一种基于分段仿射变换的星载三片TDICCD影像拼接方法，将拼接后的虚拟扫描景看作是由焦面上首尾相连的三片虚拟CCD线阵所获取，其中，两侧的虚拟CCD与真实的TDI CCD保持一致，中间虚拟CCD线阵则填充两侧虚拟CCD线阵的间隙，遵循“两边参考、中间变换”的原则，根据片间连接点建立TDI CCD成像数据与虚拟CCD成像数据的像面变换模型，经影像重采样输出虚拟拼接扫描景，从而有效地改善了内视场拼接的效率、提高了精度和可靠性。

主权项

基于分段仿射变换的星载三片非共线TDI CCD影像拼接方法，所述三片非共线TDI CCD为三片TDI CCD品字形，包括以下步骤：一、确定虚拟拼接景的行数和列数：令星载三片非共线TDI CCD影像的左片TDI CCD1、中片TDI CCD2和右片TDI CCD3的长度即像元个数分别为S1，S2和S3，由三片非共线TDI CCD获取的原始影像的扫描行数为L，列数为S，其中S＝S1+S2+S3；令虚拟拼接景的扫描行数为Lv，列数为Sv，则有：Lv＝LSv ＝ S‑O12‑O23           (1)式中，O12为TDI CCD1和TDI CCD2重叠像元设计个数，其中0＜O12＜min(S1，S2)；O23为TDI CCD2和TDI CCD3重叠像元设计个数，其中0＜O23＜min(S2，S3)；当S1≤S2，min(S1，S2)＝S1；否则，min(S1，S2)＝S2；当S2≤S3，min(S2，S3)＝S2；否则，min(S2，S3)＝S3；二、提取每相邻两片TDI CCD影像的连接点；三、将虚拟拼接景看作是由焦面上首尾相连的三片虚拟CCD线阵即CCD1、CCD2和CCD3所获取，其中，CCD1、CCD3保持TDI CCD1、TDI CCD3原有摆放位置不变，CCD2则填充CCD1和CCD3的空隙；按照下列步骤建立TDI CCD2影像与虚拟CCD2影像间的分段仿射变换关系：1)根据影像辅助数据判断景内是否存在行积分时间跳变，如果存在，找到行积分时间发生跳变的扫描行位置Ti，其中0＜Ti＜L，i＝1，2，...，n，n表示行积分时间跳变次数；2)将TDI CCD2影像分为N段，N＝n+1；每段影像的起始扫描行号和终止扫描行号分别为Lsi和Lei，有：Lsi＝0            (i＝1)Lei＝TiLsi＝Ti‑1            (i＝2，...，N‑1)Lei＝TiLsi＝Ti‑1            (i＝N)                        Lei＝L(2)3)利用TDI CCD2影像与TDI CCD1影像和TDI CCD3影像的连接点约束条件，计算虚拟CCD2影像到TDI CCD2影像的分段仿射变换系数：令提取的每对连接点在原始影像坐标系xoy中的像点坐标为(x，y)和(x′，y′)，且(x′，y′)对应于TDI CCD2影像上的点，(x，y)对应于TDI CCD1或TDI CCD3影像上的点，根据公式(3)，计算(x，y)在虚拟拼接景坐标系sol中的坐标为(s，l)：s＝x            (x≤S1)                l＝ys＝x‑O12‑O23            (x＞S1+S2)l＝y(3)4)基于(s，l)与(x′，y′)的同名点对应关系，基于公式(4)列误差方程式最小二乘平差解算CCD2影像到TDI CCD2影像的分段仿射变换系数a0i，a1i，a2i，b0i，b1i，b2i(i＝1，2...N)；x′＝a0i+a1i×s+a2i ×l                       y′＝b0i+b1i×s+b2i×l (4)四、对原始影像进行重采样，生成虚拟拼接扫描景：1)确定虚拟拼接景上三片虚拟CCD影像的拼接线位置：令col_s对应CCD2影像在虚拟拼接景上的起始列号，col_e对应CCD2影像在虚拟拼接景上的终止列号，其中，col_s＝S1，col_e＝Sv‑S3；2)对于虚拟拼接景上的任意像点(s，l)，按公式(5)计算其在原始影像上的像点坐标(x′，y′)；当s≤col_s时，x′＝s              y′＝l当col_s＜s≤col_e时，x′＝a0i+a1i×s+a2i×l  (i＝1，2，...，N；Lsi≤l＜Lei)                         y′＝b0i+b1i×s+b2i×l当s＞col_e时，x′＝s+O12+O23              y′＝l  (5) 根据像点坐标(x′，y′)经重采样得到像点的灰度值。