CN103871075B - 一种大椭圆遥感卫星地球背景相对运动估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大椭圆遥感卫星地球背景相对运动估计方法，包括：建立地心固联坐标系、传感器坐标系和图像坐标系，构建地心固联坐标系与图像坐标系之间的转换关系；将地心固联坐标系下任意一点A(X,Y,Z)（地球背景点），转换成该点在成像面上的坐标(u,v)；求出地球背景中点A(X,Y,Z)经过Δt时刻后的坐标点A1(Xˊ,Yˊ,Zˊ)，根据物面到像面的映射关系，求出其相应的像面坐标(u′,v′)；对需要进行相对运动估计的地球背景区域中的所有地球背景点，计算各地球背景点的偏移量。本发明方法创建了理论建模，适应动平台动目标，且算法相对简单，像移的计算模型更加精确。

Description

一种大椭圆遥感卫星地球背景相对运动估计方法

技术领域

本发明属于计算机视觉与航空航天技术交叉领域，更具体地，涉及一种大椭圆遥感卫星地球背景相对运动估计方法。

背景技术

大椭圆轨道卫星遥感探测系统的相关技术研究一直是各国十分关注的问题。航空航天照相与一般地面照相的主要区别在于航空航天照相机在工作过程中,始终处于运动状态，而其遥感到的对象也有多种运动状态，如地球自转运动引起的地球背景相对运动，和真实对象的运动。大椭圆轨道卫星传感器相机光轴始终指向北极，再加上地球自转的影响，这就导致遥感成像时产生相对运动，即存在像素偏移。

为了能在遥感成像时准确的区分出不同的运动对象，从而提取出真实的运动对象（相对于地球背景的运动目标），需要对地球背景的运动进行分析，然而到目前为止，还没有对遥感成像时地球背景产生的相对运动的比较好的分析方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种大椭圆遥感卫星地球背景相对运动估计方法，包括：

（1）建立地心固联坐标系、传感器坐标系和图像坐标系，构建地心固联坐标系与图像坐标系之间的转换关系；

（2）根据卫星轨道参数，仿真出大椭圆轨道卫星运动轨迹；

（3）根据大椭圆轨道卫星运动轨迹，确定t时刻卫星、太阳在地心固联坐标系中的坐标；并确定t时刻地球背景点A在地球坐标系中的坐标(X,Y,Z)；根据t时刻卫星、太阳在地心固联坐标系中的坐标，地球背景点A在地球坐标系中的坐标(X,Y,Z)，以及地心固联坐标系与图像坐标系之间的转换关系，计算t时刻地球背景点A在图像坐标系中的坐标(u,v)；

（4）根据大椭圆轨道卫星运动轨迹，确定一段时间间隔Δt后的t+Δt时刻卫星、太阳在地心固联坐标系中的坐标，并确定t+Δt时刻地球背景点A在地球坐标系中的坐标(X',Y',Z')；根据t+Δt时刻卫星、太阳在地心固联坐标系中的坐标，地球背景点A在地球坐标系中的坐标(X',Y',Z')，以及地心固联坐标系与图像坐标系之间的转换关系，计算t+Δt地球背景点A在图像坐标系中的坐标(u′,v′)；

（5）对需要进行相对运动估计的地球背景区域中的所有地球背景点，按照步骤（3）和（4）中地球背景点A的处理方法，计算各地球背景点的偏移量，从而得到所述地球背景区域的位移趋势。

具体地，所述步骤（1）中各坐标系定义如下：

地心固联坐标系：原点O为地心，X轴指向本初子午线，Z轴指向正北，按照右手螺旋法则确定Y轴方向，地心固联坐标系下的点坐标为(X,Y,Z)；

传感器坐标系：原点O_c与卫星位置O_s重合，传感器指向Z_c的方向为卫星位置指向北极点的方向，Z_c方向与卫星与太阳连线方向叉乘得到Y_c轴方向，按照右手螺旋法则确定X_c轴；

图像坐标系：包括图像像素坐标系和图像物理坐标系，图像像素坐标系的原点O₁定义为卫星传感器光轴与图像平面的交点，其横轴u和纵轴v分别与传感器坐标系的X_c和Y_c平行，其像素坐标以(u,v)表示，(u₀,v₀)为原点O₁在图像像素坐标系下的坐标；图像物理坐标系与图像像素坐标系平行，其像素坐标以(x,y)表示，图像物理坐标系中每一个像素点在x轴与y轴方向上的物理尺寸为dx、dy；

地心固联坐标系中的点(X,Y,Z)与其在图像坐标系中的对应点(u,v)满足如下关系：

$Z_c\left(\begin{array}{c}u\\ v\\ 1\end{array}\right)={\mathrm{MM}}_1\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\\ 1\end{array}\right),$

根据上式求得地心固联坐标系中的点(X,Y,Z)在图像坐标系中的对应点(u,v)；

其中M为相机参数矩阵：

$M=\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{\mathrm{dx}}& 0& u_0\\ 0& \frac{1}{\mathrm{dy}}& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}f& 0& 0& 0\\ 0& f& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}\frac{f}{\mathrm{dx}}& 0& u_0& 0\\ 0& \frac{f}{\mathrm{dy}}& v_0& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right],$

dx、dy为每一个像素点在x轴与y轴方向上的物理尺寸，(u₀,v₀)为图像像素坐标系原点O₁在图像像素坐标系下的坐标。

M₁为地心固联坐标系到传感器坐标系的转换矩阵，

$M_1=T({-x}_s,{-y}_s,{-z}_s)\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\μ}}_x& {\mathrm{\μ}}_y& {\mathrm{\μ}}_z& 0\\ {\mathrm{\υ}}_x& {\mathrm{\υ}}_y& {\mathrm{\υ}}_z& 0\\ {\mathrm{\η}}_x& {\mathrm{\η}}_y& {\mathrm{\η}}_z& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],$

$T({-x}_s,{-y}_s,{-z}_s)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ {-x}_s& {-y}_s& {-z}_s& 1\end{array}\right],$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_x={-x}_s\\ {\mathrm{\η}}_y={-y}_s\\ {\mathrm{\η}}_z=R-z_s\end{array}\right.,$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\υ}}_x=(z_s-z_0)y_s-(R-z_s)(y_0-y_s)\\ {\mathrm{\υ}}_y=(z_0-z_s)x_s+(R-z_s)(x_0-x_s)\\ {\mathrm{\υ}}_z={-x}_s{y}_0+y_s{x}_0\end{array}\right.,$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\μ}}_x=v_y{\mathrm{\η}}_z-v_z{\mathrm{\η}}_y\\ {\mathrm{\μ}}_y=v_z{\mathrm{\η}}_x-v_x{\mathrm{\η}}_z\\ {\mathrm{\μ}}_z=v_x{\mathrm{\η}}_y-v_y{\mathrm{\η}}_x\end{array}\right.,$

(x_s,y_s,z_s)为传感器坐标系原点O_s在地心固联坐标系中的坐标，(x₀,y₀,z₀)为太阳在地心固联坐标系中的坐标，R为地球半径。

进一步优选地，所述方法还包括：

（6）根据步骤（5）中地球背景区域中的各地球背景点的偏移量，对地球背景区域中的各地球背景点按区域划分。

本发明方法针对大椭圆遥感卫星地球背景相对运动的分析，利用卫星轨道参数在STK中仿真大椭圆轨道的运行；导出卫星和太阳与地球的相对位置关系，计算同一地球背景经过Δt时刻的像移量；最后画出地球背景帧间像移量的成像图，将成像面进行区域划分。本发明方法创建了理论建模，适应动平台动目标，且算法简单，容易理解；能够根据不同的精度需求，进行像移估计，灵活性强；像移的计算模型更加精确；为区分地球背景和真正运动目标提供了有效简单的方法。

附图说明

图1是本发明总体流程图；

图2是各坐标系的定义示意图；

图3是地心固联坐标系旋转变换示意图；

图4是图像坐标系示意图；

图5是传感器坐标系和图像坐标系示意图；

图6是2013年12月15日2:30工作时刻横坐标的像移图；

图7是2013年12月15日2:30工作时刻纵坐标的像移图；

图8是2013年12月15日6:00工作时刻横坐标的像移图；

图9是2013年12月15日6:00工作时刻纵坐标的像移图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明总体流程图如图1所示。下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。

一般而言，大椭圆轨道具有比较固定的轨道参数，其远地点一般为几万公里左右，其近地点为几百公里左右，离心率比较大，轨道倾角为63°左右。主要覆盖范围为北极，该卫星上携带传感器光轴始终指向北极。

（1）本方法中涉及到的各个坐标系定义如图2所示，

（1.1）地心固联坐标系：如图2原点O为地心，X轴指向本初子午线，Z轴指向正北，按照右手螺旋法则确定Y轴方向。设该坐标系下的点坐标为(X,Y,Z)；

（1.2）传感器坐标系：考虑太阳光照对传感器成像的影响，调整卫星相机姿态，使太阳在传感器坐标系的X_cO_cZ_c平面内，所以传感器坐标系原点O_c与卫星位置O_s重合，传感器指向Z_c的方向为卫星位置指向北极点的方向；Z_c方向与卫星与太阳连线方向叉乘得到Y_c轴方向，按照右手螺旋法则确定X_c轴；

（1.3）图像坐标系：如图4卫星相机所成的图像以像素为单位，每个像素的坐标是该像素所在的行数和列数，需要建立以物理单位(例如km)表示的图像坐标系。存在两个图像坐标系，一个以像素所在行列数表示的坐标系，其像素坐标以(u,v)表示，一个以物理单位表示的坐标系，其像素坐标以(x,y)表示；

（2）将地心固联坐标系下任意一点A(X,Y,Z)，转换成该点在成像面上的坐标(u,v)：

（2.1）地心固联坐标系与传感器坐标系之间的关系

已知卫星位置在地心固联坐标系的坐标为O_s(x_s,y_s,z_s)，北极点在地心固联坐标系下的坐标为N(0,0,R)，其中R为地球半径。设传感器坐标系各坐标轴X_c，Y_c，Z_c的方向向量为则轴的方向向量为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{\η}}=\stackrel{\→}{O_c{Z}_c}=\stackrel{\→}{O_{s}N}={-x}_s\stackrel{\→}{i}-y_s\stackrel{\→}{j}+(R-z_s)\stackrel{\→}{k}$

其中：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_x={-x}_s\\ {\mathrm{\η}}_y={-y}_s\\ {\mathrm{\η}}_z=R-z_s\end{array}\right.---\left(1\right)$

已知太阳位置在地心固联坐标系的坐标为S(x₀,y₀,z₀)，设卫星与太阳的连线方向为则有：

$\stackrel{\→}{O_{s}S}=(x_0-x_s)\stackrel{\→}{i}+(y_0-y_s)\stackrel{\→}{j}+(z_0-z_s)\stackrel{\→}{k}$

轴的方向向量由方向与叉乘得到：

$\stackrel{\→}{\mathrm{\υ}}=\stackrel{\→}{O_c{Y}_c}=\stackrel{\→}{O_c{Z}_c}\×\stackrel{\→}{O_{s}S}=\left|\begin{array}{ccc}\stackrel{\→}{i}& \stackrel{\→}{j}& \stackrel{\→}{k}\\ {-x}_s& {-y}_s& R-z_s\\ x_0-x_s& y_0-y_s& z_0-z_s\end{array}\right|$

则

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\υ}}_x=(z_s-z_0)y_s-(R-z_s)(y_0-y_s)\\ {\mathrm{\υ}}_y=(z_0-z_s)x_s+(R-z_s)(x_0-x_s)\\ {\mathrm{\υ}}_z={-x}_s{y}_0+y_s{x}_0\end{array}\right.---\left(2\right)$

由右手准则得传感器坐标系的轴的方向矢量为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{\μ}}=\stackrel{\→}{O_c{X}_c}=\stackrel{\→}{O_c{Y}_c}\×\stackrel{\→}{O_c{Z}_c}=\left|\begin{array}{ccc}\stackrel{\→}{i}& \stackrel{\→}{j}& \stackrel{\→}{k}\\ {\mathrm{\υ}}_x& {\mathrm{\υ}}_y& {\mathrm{\υ}}_z\\ {\mathrm{\η}}_x& {\mathrm{\η}}_y& {\mathrm{\η}}_z\end{array}\right|$

则有：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\μ}}_x=v_y{\mathrm{\η}}_z-v_z{\mathrm{\η}}_y\\ {\mathrm{\μ}}_y=v_z{\mathrm{\η}}_x-v_x{\mathrm{\η}}_z\\ {\mathrm{\μ}}_z=v_x{\mathrm{\η}}_y-v_y{\mathrm{\η}}_x\end{array}\right.---\left(3\right)$

则由正交变换可得到地心固联坐标系与传感器坐标系之间的转换关系为：

首先进行平移变换，使传感器坐标系的原点O_s(x_s,y_s,z_s)落到地心固联坐标系的原点，则地心固联坐标系到传感器坐标系的平移变换为T(-x_s,-y_s,-z_s。)

$T({-x}_s,{-y}_s,{-z}_s)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ {-x}_s& {-y}_s& {-z}_s& 1\end{array}\right]---\left(4\right)$

再对传感器坐标系进行旋转变换得地心固联坐标系到传感器坐标系的转换矩阵M₁，有：

$M_1=T({-x}_s,{-y}_s,{-z}_s)\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\μ}}_x& {\mathrm{\μ}}_y& {\mathrm{\μ}}_z& 0\\ {\mathrm{\υ}}_x& {\mathrm{\υ}}_y& {\mathrm{\υ}}_z& 0\\ {\mathrm{\η}}_x& {\mathrm{\η}}_y& {\mathrm{\η}}_z& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(5\right)$

以北极点为例，北极点在地心固联坐标系下的坐标为N(0,0,R)，传感器坐标系轴方向为卫星位置指向北极点，联立（1）、（2）和（5）式可求得北极点在传感器坐标系下的坐标为

（2.2）传感器坐标系与图像坐标系之间的关系

图像坐标系有两种表现形式：图像像素坐标系和图像物理坐标系，如图4所示为图像像素坐标系与图像物理坐标系之间的关系示意图。在图像上定义直角坐标系u，v，每一像素的坐标(u,v)分别是该像素在数组中的列数和行数，(u,v)是以像素为单位的图像坐标系的坐标，由于(u,v)只表示像素位于数组中的列数和行数，并没有用物理单位来表示出该像素在图像中的位置，需要再建立以物理单位表示的图像坐标系，该坐标以图像内某一点O₁为原点，x轴和y轴分别与u轴和v轴平行，在x,y坐标系中，原点O₁定义为卫星传感器光轴与图像平面的交点，该点一般位于图像中心，但由于制作的原因，也会有所偏离，若O₁在u，v坐标系下的坐标为(u₀,v₀)，每一个像素点在x轴与y轴方向上的物理尺寸为dx、dy，则图像中任意一个像素在两个坐标系下的坐标转换关系：

$\left[\begin{array}{c}u\\ v\\ 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{\mathrm{dx}}& 0& u_0\\ 0& \frac{1}{\mathrm{dy}}& v_0\\ 0& 0& \text{1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right]---\left(6\right)$

卫星传感器成像几何关系如图5所示，其中O点为卫星传感器光心，X_c轴和Y_c轴与图像的x轴和y轴平行，Z_c轴为卫星传感器的光轴，与图像平面垂直；光轴与图像平面的交点即为图像坐标系的原点，OO₁为卫星传感器焦距f。

空间任意一点P在图像上的成像位置可用针孔模型近似表示，即任意点P在图像上的投影位置P在图像上的投影位置为光心O与P点的连线OP与图像平面的交点，这种关系也称为中心投影或透视投影。由变换原理知北极点为传感器成像面的中心，即为O₁点。

由比例关系有如下关系式：

$Z_c\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}f& 0& 0& 0\\ 0& f& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{X}_c\\ Y_c\\ Z_c\\ 1\end{array}\right)---\left(7\right)$

由（6）、（7）式，则有：

$Z_c\left(\begin{array}{c}u\\ v\\ 1\end{array}\right)=M\left(\begin{array}{c}{X}_c\\ Y_c\\ Z_c\\ 1\end{array}\right)---\left(8\right)$

其中相机参数矩阵M为：

$M=\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{\mathrm{dx}}& 0& u_0\\ 0& \frac{1}{\mathrm{dy}}& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}f& 0& 0& 0\\ 0& f& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}\frac{f}{\mathrm{dx}}& 0& u_0& 0\\ 0& \frac{f}{\mathrm{dy}}& v_0& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]---\left(9\right)$

地心固联坐标系中任意一点(X,Y,Z)，联立式（5）、（8），得到该点在成像面上的坐标点(u,v),满足下式:

$Z_c\left(\begin{array}{c}u\\ v\\ 1\end{array}\right)={\mathrm{MM}}_1\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\\ 1\end{array}\right)---\left(10\right)$

式（10）为从物面到像面的映射关系，解式（10），得到解(Z_Cu,Z_Cv，Z_C)^T,最后求得(u,v)如果落在成像面坐标范围内则保留，不落在则表示不能成像。

利用STK仿真大椭圆轨道，导出2013年12月15日2:30和6：00两个时刻太阳位置和大椭圆轨道上卫星的位置，根据上述分析计算出地球背景A点坐标(X,Y,Z)到成像面的映射坐标点(u,v)。

由地球自转影响分析知，A点对应地球上的位置经度会产生一个Δφ＝ω×Δt角度偏移，Δt为成像时间间隔，得到新的A点坐标A1(X',Y',Z')。再从STK仿真中导出经过Δt后，2:30+Δt和6：00+Δt两个时刻卫星位置以及太阳位置参数，根据物面到像面的转换关系得到A₁点对应到传感器成像面上的坐标(u′,v′)，则像素行列方向移动情况Δu,Δv，满足：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δu}=|u-u^{\′}|\\ \mathrm{\Δv}=|v-v^{\′}|\end{array}---\left(11\right)$

（4）依据步骤（3）中的公式，计算出背景点的像移，根据计算出的Δu,Δv，将其按照下面范围进行区域划分：

2.5～3.5；1.5～2.5；0.5～1.5；-0.5～0.5；-1.5～-0.5；-2.5～-1.5；-3.5～-2.5；由上述区域划分的规则，最终我们可以画出成像面像移量的图，且相同颜色的区域代表的像移量大小相近。图6和图7分别为2013年12月15日2:30工作时刻的横纵坐标像移图，图8和图9分别为2013年12月15日6:00工作时刻的横纵坐标像移图。

本发明主要是对大椭圆卫星轨道中地球背景经过一定时间间隔在成像面产生的相对像移量大小进行估计，该方法可以对产生像移的点进行误差为正负0.5的像素偏移估计，如需更精确的偏移估计，可以精确到正负0.25。最后我们可以对成像面不同的像移区域进行像移补偿，恢复地球背景成像图，提取疑似真实运动目标区域，为最终确定真实运动目标提供重要的技术支持。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种大椭圆遥感卫星地球背景相对运动估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)建立地心固联坐标系、传感器坐标系和图像坐标系，构建地心固联坐标系与图像坐标系之间的转换关系；

(2)根据卫星轨道参数，仿真出大椭圆轨道卫星运动轨迹；

(3)根据大椭圆轨道卫星运动轨迹，确定t时刻卫星、太阳在地心固联坐标系中的坐标；并确定t时刻地球背景点A在地球坐标系中的坐标(X,Y,Z)；根据t时刻卫星、太阳在地心固联坐标系中的坐标，地球背景点A在地球坐标系中的坐标(X,Y,Z)，以及地心固联坐标系与图像坐标系之间的转换关系，计算t时刻地球背景点A在图像坐标系中的坐标(u,v)；

(4)根据大椭圆轨道卫星运动轨迹，确定一段时间间隔Δt后的t+Δt时刻卫星、太阳在地心固联坐标系中的坐标，并确定t+Δt时刻地球背景点A在地球坐标系中的坐标(X',Y',Z')；根据t+Δt时刻卫星、太阳在地心固联坐标系中的坐标，地球背景点A在地球坐标系中的坐标(X',Y',Z')，以及地心固联坐标系与图像坐标系之间的转换关系，计算t+Δt地球背景点A在图像坐标系中的坐标(u′,v′)；

(5)对需要进行相对运动估计的地球背景区域中的所有地球背景点，按照步骤(3)和(4)中地球背景点A的处理方法，计算各地球背景点的偏移量，从而得到所述地球背景区域的位移趋势。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中各坐标系定义如下：

地心固联坐标系：原点O为地心，X轴指向本初子午线，Z轴指向正北，按照右手螺旋法则确定Y轴方向，地心固联坐标系下的点坐标为(X,Y,Z)；

传感器坐标系：原点O_c与卫星位置O_s重合，传感器指向Z_c的方向为卫星位置指向北极点的方向，Z_c方向与卫星与太阳连线方向叉乘得到Y_c轴方向，按照右手螺旋法则确定X_c轴；

图像坐标系：包括图像像素坐标系和图像物理坐标系，图像像素坐标系的原点O₁定义为卫星传感器光轴与图像平面的交点，其横轴u和纵轴v分别与传感器坐标系的X_c和Y_c平行，其像素坐标以(u,v)表示，(u₀,v₀)为原点O₁在图像像素坐标系下的坐标；图像物理坐标系与图像像素坐标系平行，其像素坐标以(x,y)表示，图像物理坐标系中每一个像素点在x轴与y轴方向上的物理尺寸为dx、dy；

地心固联坐标系中的点(X,Y,Z)与其在图像坐标系中的对应点(u,v)满足如下关系：

$Z_c\left(\begin{array}{c}u\\ v\\ 1\end{array}\right)={\mathrm{MM}}_1\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\\ 1\end{array}\right),$

根据上式求得地心固联坐标系中的点(X,Y,Z)在图像坐标系中的对应点(u,v)；

其中M为相机参数矩阵：

$M=\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{\mathrm{dx}}& 0& u_0\\ 0& \frac{1}{\mathrm{dy}}& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}f& 0& 0& 0\\ 0& f& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}\frac{f}{\mathrm{dx}}& 0& u_0& 0\\ 0& \frac{f}{\mathrm{dy}}& v_0& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right],$

dx、dy为每一个像素点在x轴与y轴方向上的物理尺寸，(u₀,v₀)为图像像素坐标系原点O₁在图像像素坐标系下的坐标；

M₁为地心固联坐标系到传感器坐标系的转换矩阵，

$M_1=T(-x_s,-y_s,-z_s)\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\μ}}_x& {\mathrm{\μ}}_y& {\mathrm{\μ}}_z& 0\\ {\mathrm{\υ}}_x& {\mathrm{\υ}}_y& {\mathrm{\υ}}_z& 0\\ {\mathrm{\η}}_x& {\mathrm{\η}}_y& {\mathrm{\η}}_z& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],$

$T(-x_s,-y_s,-z_s)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ -x_s& -y_s& -z_s& 1\end{array}\right],$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_x=-x_s\\ {\mathrm{\η}}_y=-y_s\\ {\mathrm{\η}}_z=R-z_s\end{array}\right.,$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\υ}}_x=(z_s-z_0)y_s-(R-z_s)(y_0-y_s)\\ {\mathrm{\υ}}_y=(z_0-z_s)x_s+(R-z_s)(x_0-x_s)\\ {\mathrm{\υ}}_z=-x_s{y}_0+y_s{x}_0\end{array}\right.0,$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\μ}}_x=v_y{\mathrm{\η}}_z-v_z{\mathrm{\η}}_y\\ {\mathrm{\μ}}_y=v_z{\mathrm{\η}}_x-v_x{\mathrm{\η}}_z\\ {\mathrm{\μ}}_z=v_x{\mathrm{\η}}_y-v_y{\mathrm{\η}}_x\end{array}\right.,$

(x_s,y_s,z_s)为传感器坐标系原点O_s在地心固联坐标系中的坐标，(x₀,y₀,z₀)为太阳在地心固联坐标系中的坐标，R为地球半径。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

(6)根据步骤(5)中地球背景区域中的各地球背景点的偏移量，对地球背景区域中的各地球背景点按区域划分。