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。     

单镜头多面阵CCD相机影像拼接算法

根据内视场拼接相机的构像原理,提出了一种单镜头多面阵CCD相机影像拼接处理的基本流程和方法。该方法涵盖了成像过程的影响,包括子影像相对位置自动确定、等效焦面影像拼合、数字像差检测和无畸变中心投影影像生成等技术环节。特别是建立了内视场拼接型数字航测相机几何特性描述模型,在包含了传统航测相机像差所顾及的焦距、主点坐标和物镜光学畸变等要素的基础上,扩展考虑了多面阵CCD不平行性误差和安装误差两项影响。试验结果表明,影像量测精度从1.5像元提高到0.3像元,系统误差降低了78%,验证了相关技术方法的有效性。     

顾及子影像拼接参数的自检校模型

针对利用多个面阵CCD组合形成较大像幅的大面阵数字航摄相机,提出将子影像拼接参数引入到共线方程中,形成顾及子影像拼接误差的自检校成像模型,并给出利用该模型进行光束法区域网自检校空三数据平差处理,整体得到稳定可靠的子影像拼接参数估值解的算法流程。对一款国产数字航摄大面阵复合相机进行了子影像几何拼接定位试验,效果良好。     

基于虚拟线阵的ZY-1 02C卫星HR相机内视场拼接方法

目的 结合ZY 102C卫星高分辨率(HR)相机的成像特点,深入分析了各种潜在的误差来源,提出了一种基于虚拟线阵的非共线TDICCD相机成像数据内视场拼接方法,采用ZY 102C卫星HR相机获取的影像数据进行了拼接实验。通过对拼接结果的定性和定量评价,验证了该方法的正确性和可行性。目前该方法已成功应用于ZY 102C卫星数据处理的业务化运行系统中。     

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。     

资源三号测绘卫星多光谱影像高精度谱段配准

针对ZY-3多光谱影像各谱段共视场扫描成像特点,提出基于在轨检校内方位元素的虚拟CCD重成像算法,通过虚拟CCD重成像技术实现单谱段CCD影像的无缝拼接及多谱段的高精度谱段配准。采用河南登封区域及天津区域的ZY-3多光谱影像对ZY-3多光谱相机进行在轨几何检校,利用河北安平区域的30个高精度靶标控制点验证了检校结果的正确性;进一步利用检校后的内方位元素对河北安平区域、兰州区域的ZY-3多光谱影像进行虚拟CCD重成像,采用靶标点验证方法以及高精度配准验证方法对虚拟CCD重成像影像的谱段配准精度验证,谱段配准精度均优于0.2像元。     

运用分段仿射变换模型拼接分片TDICCD图像

介绍了多片非共线TDI CCD传感器,并分析了该类传感器的成像特点。用SIFT算法提取片间连接点,用分段仿射变换模型描述分片CCD图像的平移、旋转和缩放,利用大量连接点构建误差方程,求解仿射变换系数,最终实现分片TDI CCD图像的几何拼接。采用某高分辨率卫星遥感图像对提出算法进行实验验证,结果表明:分段仿射变换拼接算法总体拼接精度达到子像素级。     

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。     

车载鱼眼相机的间接法全景影像拼接

提出了一种车载鱼眼相机的间接法全景影像拼接方法,由拼接后全景影像上的像点坐标出发反求其在原始图像上的像点坐标,从而解决拼接所得全景影像像点非规则排列问题。通过实验发现,采用该方法得到的全景影像画面清晰、成像质量明显提高,证实了该方法进行车载鱼眼影像全景拼接的可靠性。     

亚m级卫星TDI CCD立体测绘相机成像仿真

以三角网和贴面纹理影像为精细地面模型的数据构成,以亚m级TDI CCD(time delay and iintegration charge coupled devices)立体测绘相机为仿真对象进行成像仿真。通过建立每个像元的"视线目标索引"判断目标对相机和太阳的可见视性,进而生成阴影。将TDI CCD焦平面细分成很多子CCD,同时将积分时间细分,计算"连续焦面辐照度影像"并实现静态MTF仿真,然后得到"时间平均静态影像"。实现了多级积分条件下的霰粒噪声仿真和TDI CCD多级动态积分成像的仿真。推导了相机安装角和光学节点从平台坐标系到物方坐标系的转换公式,结合姿态参数和CCD畸变参数,实现了任意侧摆角度和相机安装角度的成像仿真。     

多镜头全景摄像机球面视频无缝生成EI北大核心CSCD

针对多镜头全景摄像机MPC室内标定参数输出的实际场景球面全景视频存在视差伪影问题,提出一种场景自适应的球面全景视频无缝生成方法,主要包括两方面内容:①MPC球面投影参数最优估计。以实际场景视频重叠区域同名像点为观测值,通过最小化球面投影中心到同名像素对应球面空间点的夹角建立误差方程对球面投影参数进行最小二乘估计,从而降低子相机摄影中心与球面投影中心不重合及场景深度变化对MPC球面全景视频输出质量影响。②MPC球面全景视频生成TPS模型构建。以MPC子摄像机视频像素球面重投影几何为全局变换、以视频拼接线上同名像点为控制点建立TPS模型,实现MPC各子摄像机视频到球面拼接视频的像素直接映射,并能最小化视频重叠区域像素拼接误差,仅通过拼接线附近像素简单混合即可消除视差伪影并实现平滑过渡。模拟成像及实际场景试验结果表明,结合场景内容与摄像机内、外参数,本文方法可实现MPC球面全景视频无缝生成且计算简单、高效,完全满足MPC高帧率视频输出要求,具有良好的应用价值。     

大面阵数字航空相机DMZ影像预处理研究

对国产新型内拼式大面阵数字航测相机DMZ原型系统获取的数字影像进行几何预处理的方法进行了研究;在分析DMZ全色成像光路特点的基础上,提出了多相机联合的影像几何校正与缝合方法,生成等效虚拟立体影像。利用等效虚拟立体影像进行了3种布控方案的数字空三平差和精度分析,验证了该方法的正确性和可靠性,实现了对DMZ影像预处理的探索性研究。     

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。     

高分六号宽幅相机在轨几何定标及精度验证

高分六号宽幅相机能够实现单相机成像幅宽优于800 km,对大尺度地表观测和环境监测具有独特优势。在轨几何定标是光学遥感卫星几何处理的关键环节,直接影响影像的几何质量。本文充分考虑高分六号宽幅相机超大视场的畸变特性以及多谱段的成像特点,提出宽幅相机在轨几何定标方法,采用基于探元指向角的几何定标模型补偿宽幅相机系统误差,通过绝对定标和相对定标方法联合估计各波段的内外定标参数。利用Landsat 8影像、资源三号DSM为参考数据,对宽幅相机进行绝对定标处理,再利用ASTER GDEM为参考数据进行相对定标处理,其几何定标结果表明,高分六号宽幅影像绝对定位精度在3像素左右,内部几何精度能稳定在1像素,且波段间配准精度在0.3像素以内,表明在轨几何定标后高分六号宽幅影像几何质量得到了明显的提升。     

数字正射影像几何错位修复与无缝拼接

针对数字正射影像（DOM）生产中存在的几何错位和影像拼接问题，结合遮挡检测法和基于TPS薄板样条模型的影像配准方法，对影像几何错位区域进行修复和无缝拼接。根据采集的三维特征线将几何错位区域的修复分为内侧与外侧。内侧采用正射纠正的方法进行修复；外侧选择无遮挡的影像进行影像配准后对其进行填充。以某高架桥几何错位影像进行算法验证，结果证明：本文所给方法在修复高架桥区域影像几何错位的同时，可有效地避免由于遮挡影像出现的双边现象，并可以保证修复后的局部正射影像与原始正射影像的无缝拼接。     

Positioning of screw holes group based on digital camera and digital control drilling

Positioning of screw holes is an important production procedure for steel construction connecting with bolts. In this paper, a new production method is presented, in which the digital camera is used for taking pictures of screw holes and other techniques are advanced. This paper also indicates that the pixels of CCD chip in photogrammetry should be chosen as all geometric units in an image, such as interior elements and all kinds of distortions. The measure can also simplify the camera calibration for determining the size of non-square pixel.     

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。