Focal plane image assembly of subpixel

This paper describes the scanning assembly principle and construction of scanning assembly sample. The factors that affect assembly accuracy are analyzed. There are tow steps in CCD focal plane scanning assembly. The first is rough assembly, and the second is accurate assembly. In this paper, the moiré fringe is introduced in judging assembly accuracy directly and accurately. The equation for optical transmission characteristics of CCD Moiré fringes is presented. The measurement of Moiré fringes can be completed when some conditions are satisfied. 2D-assembly error can be obtained by using digital correlation filtering technique. Finally, the result of focal plane scanning assembly is presented. The result is in good accordance with theory.     

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。     

Pre-processing considerations of IRS-P6 LISS-4 imagery

Wide image swath with a high geometric resolution is required for photogrammetric applications. Both demands can be satisfied using staggered line arrays. Different bands of IRS-P6 LISS-4 sensor use staggered arrays for imaging. This paper describes a method for computing the offset for geometric alignment of odd and even lines of the staggered array of IRS-P6 LISS-4 imagery. The odd and even pixel rows are separated by 35 μm (equal to 5 pixels) in the focal plane in the along-track direction. Slightly different viewing angles of both lines of a staggered array can result in a variable sampling pattern on the ground because of the attitude fluctuations, satellite movement, terrain topography, PSM steering and small variations in the angular placement of the CCD lines (from the pre-launch values) in the focal plane. Non-accounting of this variable sampling value during the video data alignment will introduce deterioration of image quality and geometric discontinuity of features. The stagger parameters can be computed by the reconstruction of the viewing geometry with a calibrated camera geometry model and a public domain DEM. The impact of the line separation in the focal plane during imaging for different viewing configurations and terrain heights are studied and reported in this paper. Computed values from the model are in good agreement with what is observed in the raw image for different view angles. The results verify the model and are representative of the stability of the platform.     

利用深蓝算法从HJ-1数据反演陆地气溶胶

大气气溶胶是环境空气污染监测的重要指标,在利用环境一号卫星CCD相机进行气溶胶监测时,暗目标法和结构函数法都有相应的不足。本文从Hsu等人(2004)提出的深蓝算法出发,以MODIS的地表反射率产品为基础建立反射率库,并利用地面观测数据分析了各种典型地物在CCD相机与MODIS蓝波段反射率之间关系,提出了将MODIS地表反射率修正到CCD相机的方法,进而实现地气解耦,反演气溶胶光学厚度。选择北京地区为实验区,进行了算法实验,并用AERONET/PHOTONS北京站的数据进行了验证,结果表明,(1)光学厚度较大时(>0.5),深蓝算法精度能够较好的满足环境一号卫星CCD相机对气溶胶日常监测的要求;(2)气溶胶模式会对结果产生较大的影响,尤其是城市型气溶胶。     

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。     

“天绘一号”传输型摄影测量与遥感卫星

介绍了“天绘一号”卫星的总体方案、技术特点、研制历程和应用概况, 重点介绍了“天绘一号”卫星的技术特点和应用前景, 以便用户了解、熟悉“天绘一号”卫星, 更好使用其各种影像产品, 更好发挥卫星的应用效能。“天绘一号”卫星摄影定位与测图系统采用LMCCD(Line Matrix Charge Coupled Device)测绘体制, 由前视、正视和后视3台全色CCD相机, 3台星敏感器以及1台GPS接收机组成;其中正视相机焦平面上还设计有4个小面阵CCD器件, 用于提高摄影定位的高程精度。卫星摄影测量基高比为1。卫星通过一个高强度、高刚度和高稳定度的测绘光学平台, 将3台测绘相机、3台星敏感器和1台多光谱相机集成为一体, 满足了测绘任务对星敏感器与相机间几何角度关系的高精度及高稳定度要求。在轨测试结果表明, 卫星摄影定位精度优于任务指标要求, 可满足无地面控制点条件下测制全球1:50000比例尺地图要求。     

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。     

机载三线阵传感器影像区域网联合平差

机载三线阵扫描传感器飞行过程能够同步记录影像数据和POS数据。由于系统误差的存在,POS直接对地定位的精度还不能满足测制大比例尺地图的需要,因此,空中三角测量仍然是必须的。本文简述三线阵扫描传感器立体成像原理;在引入POS集成的传感器空间定位模型的基础上,建立机载三线阵传感器区域网联合平差的数学模型。平差试验结果表明,无论什么情况,区域网联合平差对提高机载三线阵传感器影像的定位精度都是必要的。     

CBERS-02B卫星遥感影像的区域网平差

针对中巴资源一号卫星(CBERS-02B)卫星遥感影像姿态角误差较大的特点,提出了利用区域网平差方法提高其对地目标定位精度的策略和具体计算过程。首先对参与平差的每景影像选取4个地面控制点进行影像姿态角常差检校,然后采用与地形无关方案解求各自的RPC参数,最后选取带仿射变换项的有理函数模型(RFM)进行多重覆盖影像的区域网平差。对两个地区的0级CBERS-02B单条CCD立体影像对的区域网平差试验表明,对地目标定位的平面和高程精度均达到了±3个像元的水平,且高程精度明显优于平面精度。相对于常规的卫星遥感影像区域网平差方法,平面和高程精度均有明显提升,几乎达到国外同等高分辨率卫星遥感影像的几何定位精度。这说明中国卫星遥感影像亦具有较好的几何定位潜力,在区域网平差之前进行系统误差预改正是必要和可行的。     

Pass processing of IRS-1C/1D PAN subscene blocks

This paper describes a method for pass processing of IRS-1C/1D imagery acquired by the three CCD arrays of the panchromatic (PAN) camera. It is based on the fact that during a single pass, the image data stream from the three CCD arrays of the PAN camera can be adjusted together as a single image, exploiting the knowledge of the internal geometry and the angular relationships between the CCD arrays. The geometry of this extended image can be rectified with a single ground control point (GCP). A full PAN scene consists of nine subscenes, each with a dimension of 23.5 km×23.5 km. The method is not restricted in the number of continuous full scenes (in the same pass) that can be adjusted. The scale variations between the images from the three detectors are corrected by computing the relative focal lengths of detectors 1 and 3 with respect to detector 2. Two tests were conducted to verify the accuracy of the adjustment procedure. Average root-mean-square (RMS) errors of ±10.5 m in the latitude direction and ±11.3 m in the longitude direction were obtained with a single surveyed GCP and a set of survey points used as checkpoints. The results of the tests show that the adjustment of full PAN scenes, as proposed in this paper, is an effective means of reducing the number of GCPs required for precise determination of ground coordinates.     

圆扫描式机载激光测深系统检校模型及仿真分析

为了提升圆扫描式机载激光测深系统的定位精度,提出了一种检校思路:在平面区域获取激光点云时,系统误差和随机误差使得本应共面的激光点云不再共面,通过将激光点云拟合到单个平面上达到纠正点云位置的目的。首先推导了简单模式下圆扫描式机载激光测深系统定位模型,并从直线与平面交会的数学原理出发模拟激光光线与海面的交会过程,根据折射原理解算激光光线在水中的方向矢量,联合激光光线在水中的直线方程和海底面数学方程解算激光脚点的位置。然后,引入未知数先验方差,推导了参数加权最小二乘平差模型,为后面检校模型的解算奠定基础。最后,推导了用于检校的平差数学模型和详细的计算过程,对检校过程进行了模拟计算和分析讨论,得出了一些有益于检校过程的结论。     

关于数字航测相机像移补偿问题

航测相机像移补偿有两种方法 :一是在相机的焦平面上 ,使感光平面沿飞行方向 ,在曝光瞬间作一微小位移 ,以改正因摄影平台相对于被摄目标的运动引起的像点位移 ;二是在曝光瞬间 ,使相机作一微小的俯仰角旋转 ,以改正因摄影平台相对于被摄目标的运动引起的像点位移。前者简称为焦平面平移改正法 ,后者可称为俯仰旋转改正法。本文中研究了这两种像移补偿方法的差异和所能达到的精度水平及其适用范围     

CCD推扫成像方式下星载GPS对地定位的模拟试验研究

从理论上分析了利用遥感信息对地动态定位精度问题。用模拟数据推算了ＣＣＤ推扫成像方式下，星载ＧＰＳ天线定位精度对定位的影响；并用同一组试验数据按三种方案（①只用地面控制点而无ＧＰＳ观测值，②只用ＧＰＳ观测值而无地面控制点，③ＧＰＳ观测值加地面控制点）进行了对地定位精度的比较；同时考虑了ＧＰＳ天线中心与ＣＣＤ扫描中心间的转换以及ＧＰＳ观测值所在地心直角坐标系与光束法平差所在局部切面坐标系之间的转换．     

透镜焦距的CCD图像测量系统

将CCD引入放大率法焦距测量系统中,把CCD当作一把精度很高的"尺子"取代读数显微镜进行"读数",形成透镜焦距的CCD图像测量系统,使焦距测量的光电自动化成为可能。     

CCD像感器莫尔效应研究

研究了ＣＣＤ像感器的莫尔效应，给出了ＣＣＤ产生莫尔条纹的光强分布特性方程，当满足一定条件时可获得用于计量的莫尔条纹。实验表明，用ＣＣＤ产生莫尔条纹方法简单，易于实现自动处理，有广泛的实用价值。     

三维激光扫描技术在西宁市城市地下空间测量中的应用

为验证三维激光扫描技术在西宁市城市地下空间测量中的适用性,探讨了其应用过程的流程和方法,用坐标对比法评定了三维激光扫描系统的精度。结果表明:三维激光扫描系统的平面精度达到0.032 m,符合城市测量规范要求,说明三维激光扫描技术在城市地下空间测量中具有很好的适用性,可以推广应用。     

基于小波变换的大面阵CCD相机影像亮度不一致性消除算法

针对大面阵CCD影像亮度不均匀现象,提出一种基于小波变换的影像亮度不一致性消除算法。在分析像面光照模型的基础上,构造出光照模型的仿真影像,通过分析仿真影像的小波变换系数,发现影像亮度不一致信息集中反映在小波的近似系数之中。利用这一特性,先将数字相机原始影像进行多尺度小波分解,并对近似系数取对数,然后施加一个衰减算子,对近似系数的对数进行非均匀改正,将改正后的系数取指数,再对近似系数进行线性拉伸,同时根据人类视觉系统对不同方向细节敏感度的不同,对不同方向的细节系数进行不同幅度的线性拉伸,以突出图像细节,最后通过影像重建,获得均匀亮度的航空影像。实验结果显示,该算法具有很好的匀光效果,同时能够较好地保持影像细节特征。     

卫星摄影三线阵CCD影像的EEP法空中三角测量（三）

4 平差方案及模拟数据平差实验4.1 自由网+控制点空中三角测量由前方交会(2.1)式,后方交会(2.2)式以及外方位元素平滑制约条件(2.3)式,可以构成类似经典的光束法空中三角测量,但由于EFP像点坐标是推算出来的,所以控制点不宜直接参与平差过程.于是平差要分成自由网平差及利用控制点作三维线性变换两个步骤.另一方面,卫星摄影中起始角元素大约在±0.5°左右,对于经典空中三角测量,角元素起始近似值均可按零处理.但在EFP平差中,φ角起始值φ0对空中三角测量,像元素起始近似值均可按零处理.在EFP平差中,φ角起始值φ0对整条航线的几何状态影响很大,必须采用特殊的程序预先加以确定.我们采用不断步进φ角值,比较由前方交会及(1.2)式计算的Y视差的均方根值最小者,即作为φ的最佳起始值.平差框图见图4.     

大面阵CCD影像多通道不一致性消除算法

大面阵CCD多通道影像转移过程中,由于通道硬件的偏置和增益的不一致,将造成各通道影像的亮度和反差的微小差异,以致重建后的大面阵CCD影像出现条带效应。提出基于随机序列分析的模拟运动影像拼接算法,并将这种方法与基于影像直方图均衡化和影像直方图规定化的影像拼接算法进行比较。实验证明,基于随机序列分析的模拟运动影像拼接算法不仅能保持拼接后的影像整体一致性,而且能较好的消除拼接缝。该算法已经应用于我国第一台大面阵彩色CCD数字航测相机的影像预处理。     

提高卫星三线阵CCD影像空中三角测量精度及摄影测量覆盖效能

利用数字模拟方法,进一步探讨了类似MOMS-02参数的卫星三线阵CCD影像单航线、航线首末4角隅设一个控制点(以下简写为单航线4控点)的空中三角测量高程精度低的问题。研究得出,宽高比特别小(1:9)只是原因之一,更主要的因素还在于平差整过程数学关系带有近似性(包括EFP法和定向片法)。提出了改善精度的措施,并拟订了提高卫星三线阵CCD影像空中三角测量精度及摄影测量覆盖效能的系统。模拟计算表明,航线长度可以≥2B,在有外方位元素或无外方位元素少量控制点条件下,不论二线交会区,还是三线交会区均可达到高程精度为6m的摄影测量成果。