TDI CCD相机动态成像对几何质量的影响研究

本文通过影像模拟的方法分析动态积分成像对空间TDI CCD相机成像几何质量的影响。首先对卫星固有推扫速度、像移速度与电荷转移速度失配、卫星三轴姿态运动及偏流角误差等4种动态成像因素进行了介绍,建立了4种因素的数学模型;在此基础上提出了空间TDI CCD相机成像模拟方法;最后提出统计单级静态影像和多级动态合成影像配准误差的分布特点评价与4种因素有关的内部几何质量,统计低阶多项式拟合的姿态曲线与实际姿态曲线条件下地面点像方误差的分布特点评价外部几何质量。     

TDI CCD交错拼接推扫相机严格几何模型构建与优化

时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)交错拼接推扫相机,是指焦平面上交错成两行排列多个TDI CCD阵列,并采用推扫成像方式的光学相机。为兼顾空间分辨率与地面覆盖宽度,当前较多的高分辨率光学遥感卫星都搭载了此类相机。本文总结了此类相机的成像原理和特点,基于成像瞬间多片CCD共享一套外方位元素的特点构建了该类相机的"整体几何模型"。针对定位过程中的外部误差和内部误差,基于整体几何模型设计了相应的内外误差补偿方案,对该类相机几何模型的优化进行了研究。以8片TDI CCD交错拼接的天绘一号(TH-1)卫星高分相机原始影像为试验数据设计了多组试验对本文方法进行验证。结果表明:本文的整体几何模型可严格描述该类相机的原始几何物像关系;仅进行外部误差补偿时,影像定位精度显著提升,但各分片CCD影像残留有不同的系统误差;仅进行内部误差补偿时,影像定位精度没有显著提升,但各分片CCD影像定位精度的一致性得到明显改善;对内部、外部误差均补偿后,影像在X、Y、Z方向的定位精度皆优于2m,且各分片CCD影像定位精度具备一致性;将计算出的内部误差补偿参数应用于成像时间间隔22d的其他多景影像时仍达到了同样的定位精度。     

一种非共线TDI CCD成像数据内视场拼接方法

星载非共线TDI CCD成像数据的高质量内视场拼接是保证影像后续处理和应用的基础。本文提出了一种非共线TDI CCD成像数据内视场拼接方法,该方法基于物方投影面和相机的传感器几何模型,建立了从拼接影像像点到原始影像像点的坐标转换关系,进而采用间接法影像纠正的方式对原始影像进行重采样生成拼接影像。本文在描述非共线TDI CCD严格成像几何模型之后,详细叙述了方法的基本原理、潜在的误差来源以及方法的实现流程,并通过ZY-1 02C卫星的高分辨率（HR）相机成像数据进行了试验验证,对拼接精度的分析与评价证明了方法的可行性。     

TDI行积分时间跳变对视差的影响及纠正方法

TDI-CCD相机是当今高分辨卫星系统的主要成像载荷。由于TDI的特殊成像机理,为了确保图像清晰,需要在轨实时调整每一行积分时间。这里以天绘一号多片交错式TDI-CCD高分辨相机为研究对象,推导了行积分时间跳变与相邻CCD重叠区同名点视差变化的关系,表明由于行时跳变造成的同名点错位最大可达6像素。针对存在行时跳变的卫星影像,可以在沿轨方向以行时均衡为标准进行一维重采样,实验表明该方法可以较好地消除行时跳变造成的视差错位,从而为高精度的影像拼接创造条件。     

相邻TDI CCD卫星影像的匹配拼接

为了获取较大的卫星影像幅宽,通常在传感器焦平面内交错排列多个时间延迟积分(TDI)CCD。由于分片影像具有同源性、同时性和一定的重叠度,采用图像匹配的方法选取大量连接点可以较好地将影像拼接起来。首先分析了TDI CCD成像的主要影响因素;然后在标准影像上提取出大量的、均匀分布的特征点,利用成像设计参数预测同名点位置;最后采用垂直轨道方向直接平移、沿轨道方向分段改正的重采样策略获得拼接影像,有效地避免了因地形起伏带来的拼接错位。实验结果表明,采用该方法处理后的分片影像拼接效果良好,满足后续处理的要求。     

车载全景影像与激光点云数据配准方法研究

全景影像与激光点云的高精度配准是车载移动测量系统中多传感器数据集成处理的关键环节。本文针对车载多面阵拼接全景影像与激光点云的配准问题, 提出了一套高精度的数据配准方法。通过高密度的静态激光点云解算每个面阵CCD在激光扫描仪坐标系下的外标定参数, 以实现单张CCD影像与激光点云在扫描仪坐标系下的配准, 在全景拼接过程中全景影像与单张CCD影像精确的映射关系已知, 利用扫描仪坐标系、POS坐标系及WGS-84坐标系间的转换关系即可获得全景影像与激光点云在物方坐标系下的动态、高精度的配准参数。试验表明该数据配准方法精确可靠、适用性强, 能满足基于全景影像与激光点云数据融合的城市道路竣工、部件采集、目标提取、三维重建等高精度量测应用需求。     

一种TDI CCD推扫影像的坐标反变换方法

坐标反变换即根据已知的物方坐标求其像方坐标的过程,是线阵推扫式影像几何处理的重要计算环节。对于时间延迟积分电荷耦合器件(time delay integration charge coupled devices,TDI CCD)推扫影像,由于行积分时间跳变,若直接基于共线方程模型进行坐标反变换计算,不仅迭代次数多,在某些情况下还会出现不收敛的情况;利用有理多项式模型等通用成像几何模型替代其共线方程模型时,又存在拟合精度不高难以满足实际要求的问题。对此,本文提出了一种基于虚拟扫描行的TDI CCD推扫影像坐标反变换方法,巧妙地解决了TDI CCD推扫影像坐标反变换的效率和精度问题,利用国产资源卫星进行实验验证了此方法的正确性和可行性。     

高程对TDICCD相机像移补偿影响分析

高分辨率遥感卫星中常使用TDICCD(时间延迟积分CCD)相机,为获取高质量遥感影像,在相机成像过程中须采用像移补偿技术,而目前大部分像移补偿忽略了高程的影响。基于参考椭球面下成像矢量模型,建立考虑高程的成像矢量模型及解算方法流程,精确地计算相机成像时像点对应地面成像点的坐标及像移补偿参数。根据计算结果,分析高程对像移补偿参数的影响,在此基础上,综合考虑像移补偿参数精度对高程误差的要求、星上存储空间及高程查询速度,讨论星载数字高程模型(DEM)的生成,为星载DEM的使用及TDICCD相机高精度像移补偿提供理论基础和实验分析。     

星载TDI CCD相机MTF和SNR综合响应模拟方法

为了对星载时间延迟积分电荷耦合器件(time-delayed-integration charge coupled device,TDI CCD)相机动态成像过程中各环节的调制传递函数(modulation transfer function,MTF)和信噪比(signal noise ratio,SNR)的退化机制进行研究,以各个环节MTF和SNR的数学模型为节点,以信号传输和转换过程为主线,探讨了各个环节的信号描述及MTF和SNR退化模拟方法;提出以快速傅立叶变换和特定分布随机数生成算法为基础的MTF和SNR综合响应数学模拟流程.上述方法可以对单一环节或几个连续环节的MTF和SNR综合响应进行模拟.利用该方法对TDI CCD相机的沿轨MTF、穿轨MTF和SNR进行了模拟试验.     

分通道影像配准误差分析

为了保证CCD航测相机高几何分辨率和彩色成像两大特性,设计了一种"3 1"CCD航测相机成像模型,即采用3个独立光学系统的面阵CCD记录R、G、B分波段影像,和1路光学系统的单个大面阵CCD记录全色波段影像,重点分析了这种成像模型在同一曝光时刻所得的R、G、B分通道影像之间同名像点相对移位误差及对后续影像处理的影响,得到了一些有益的结论.     

星载相机轨道末期成像模型及图像复原算法

通过对光学卫星轨道末期成像面临的像移失配的研究,从能量的观点出发建立了TDI CCD (时间延迟积分电荷耦合器件)推扫成像通用模型(GMPI),基于该模型提出了一种像移失配工况下的非常规遥感成像方式,引入了信号滤波器的表示方法,将GMPI模型简化成为易于计算的TDI CCD推扫成像滤波器模型（FMPI）,对轨道末期遥感图像混叠效应进行了定量分析,并给出了基于成像机理及成像参数的图像恢复处理方法。通过实际成像实验获取了像移速度失配下的图像并通过图像恢复算法进行处理,得到了比半盲式复原算法更好的图像恢复效果。     

极轨星载TDI CCD相机的像移及恢复算法研究

根据TDICCD特殊的工作方式，预测了由于地球自转而引起的极轨星载TDICCD相机的特殊像移及其对图像的影响，根据TDI像移产生的机理建立了数学模型，并求出了像移恢复滤波器的数字表达式，经过计算机仿真证明图像恢复算法有效。     

机载三线阵CCD摄影测量的直接解算模型与精度分析

机载三线阵CCD摄影测量系统是GPS/INS与三线阵CCD相机联合工作的测量系统.通过GPS/INS给出的投影中心位置、视准轴姿态观测值及三线阵CCD像空间坐标,可以直接计算地面点在物空间的坐标.介绍了直接解算的几何模型,并依据共线方程建立地面点像空间坐标与控制点或同名点物空间坐标的关系,从而把问题归结为间接平差,给出了平差的误差方程.最后对直接解算模型进行了精度分析.     

机载三线阵CCD摄影中心轨迹及姿态拟合的半参数法

只要给出摄像瞬间摄像中心的位置和摄像平台的姿态，通过机载三线阵CCD获取的影像就可以直接解算地面点坐标。拟合摄像中心的位置函数和摄像平台的姿态函数是机载三线阵CCD摄影测量的最基本问题。针对由GPS／INS得到的摄像平台位置和姿态观测值，提出了半参数拟合法。模拟计算表明，这种方法可以有效地克服对飞行轨迹及姿态的先验数学模型的模型误差，从而达到较高的精度。     

一种视觉引导经纬仪自动测量方法

文中将TM5100A经纬仪加载高精度摄像头构造视觉引导测量设备,标定十字丝中心点在像平面坐标系下的坐标,对经纬仪旋转水平角和垂直角与目标图像中心像素坐标之间的关系进行标定;摄像头采集目标图像并处理获取目标中心像素坐标,根据像素坐标与经纬仪旋转角关系计算经纬仪旋转角度,进而实现视觉引导经纬仪自动测量;对加载摄像头的经纬仪驱动误差进行测试,驱动误差允许的情况下测试并分析了视觉引导装置的点位测量精度、角度测量精度以及视觉引导准直测量精度,比人工测量精度高,符合工业测量的需求。     

我国第一颗民用三线阵立体测图卫星——资源三号测绘卫星

2012年1月9日,我国成功发射了第一颗民用三线阵立体测图卫星"资源三号测绘卫星",资源三号测绘卫星配置2台分辨率优于3.5 m、幅宽优于50 km的前后视全色TDI CCD相机,1台分辨率优于2.1 m、幅宽优于50 km的正视全色TDI CCD相机和1台分辨率优于5.8 m的多光谱相机;为了保证精度精度和可靠性,资源三号测绘卫星采用大平台、并配置双频GPS以及多个陀螺,经过处理,资源三号无控制点直接定位优于15 m,带控制点高程精度优于3 m,平面精度优于4 m,完全满足1∶50 000测图精度。     

无人机载双拼相机低空航测系统技术研究

目前国内大多数无人机航测系统所采用的单相机平面精度可达到要求,但高程精度无法满足大比例尺测图要求。本文主要介绍一种无人机载双拼组合宽角相机低空航测系统,其组成结构、双拼组合宽角数码相机原理、数据处理软件,以及利用该系统进行大比例尺测图的生产流程。它与单相机系统的最大不同点是,通过双拼组合扩大了成像系统的旁向视场角,使得在等同航高条件下,航带影像地面覆盖宽度增加一倍,从而达到提高效率的目的。