CN107655507B - 一种焦平面弧形拼接方法 - Google Patents

Abstract

一种焦平面弧形拼接方法，可大幅提高星载相机在轨动态传函和多光谱之间的配准精度。针对多片探测器拼接而成的焦平面，首先根据光学系统的畸变确定出探测器的弧形拼接的方向，然后利用像移方向与探测器积分方向的夹角，计算出探测器弧形拼接的角度，完成焦平面弧形拼接的设计。本发明方法与现有直线拼接技术相比，能够解决星载相机在轨成像时光学系统畸变带来的动态传函下降问题及多光谱之间的配准精度，提高在轨成像质量，促进了大视场高分辨率光学遥感器的发展。

Description

一种焦平面弧形拼接方法

技术领域

本发明涉及空间光学遥感器的焦平面设计，特别是一种多探测器的弧形拼接的设计方法。

背景技术

随着光学遥感的快速发展，大视场的光学遥感器越来越多的得到应用。现有的单片器件的长度已经不能满足大视场光学遥感器的发展，因此需要多片器件进行拼接来满足大视场的光学遥感器的应用。对于大畸变的光学系统传统的焦面拼接技术会造成在轨动态传函的下降。

弧形拼接通过探测器拼接时旋转探测器的拼接角度，校正相机光学系统的畸变，从而提高相机的动态传函。传统的拼接方法为直线拼接，即将探测器拼接为一条直线。但是对于大畸变的光学系统，由于畸变的影响导致探测器的积分方向与像面上的像移方向不一致，进而引起在轨动态传函的下降；同时，对于多谱段的相机畸变亦会导致多谱段之间的配准精度下降。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有直线拼接技术的不足，提供了一种焦平面弧形拼接方法，通过构造弧拼角度评价函数来计算弧形拼接的角度。

本发明的技术方案是：一种焦平面弧形拼接方法，包括如下步骤：

(1)根据相机光学系统的畸变方向，确定弧形拼接的方向；

(2)计算得到探测器上m个点像移与积分方向夹角θ_j，1≤j≤m，m为正整数；

(3)计算获得每片探测器的弧形拼接角度，并按照拼接角度对探测器进行拼接。

所述计算获得弧形拼接角度的具体方法选用中间值法、平均值法和构造评价函数法中的任意一种。

所述中间值法的具体方法为：计算获得探测器中心像元处的像移方向与积分方向之间的夹角θ_m，以θ_m作为此探测器的弧拼角度θ。

所述平均值法的具体方法为：在探测器上均匀的选取m个点，分别计算m个点处像移方向与积分方向之间的夹角θ_j，取θ_j均值作为此探测器的弧拼角度θ

所述构造评价函数法的具体方法为：在探测器上均匀的取m个点，以m个点的MTF的均值作为评价函数；计算获得弧形拼接的角度θ

其中，θ_min＝min{θ₁,θ₂,…θ_m}，θ_max＝max{θ₁,θ₂,…θ_m}；M为探测器的积分级数。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用探测器的弧形拼接技术，解决了大畸变相机采用传统直线拼接带来的动态传函下降问题，对于多光谱探测器，还同时解决了多谱段之间的配准精度问题，提高了相机的图像质量和多光谱之间的配准精度，提高了光学遥感器在轨成像的像质。

(2)本发明方法解决了大畸变相机在轨动态传函下降问题，提高了成像质量。促进了高分辨率大视场的光学遥感器的发展；

(3)本发明方法通过构造弧形拼接评价函数，解决了弧形拼接角度计算问题。

附图说明

图1为本发明光学系统正畸变示意图；

图2为本发明光学系统负畸变示意图；

图3为本发明弧拼方向判断示意图；

图4为本发明弧拼示意图。

具体实施方式

本发明方法如下：

(1)首先根据光学系统的畸变方向，判断像移的方向。常见光学系统的畸变有正畸变(枕形畸变)和负畸变(桶形畸变)两种，如附图1和附图2所示。以正畸变光学系统为例，可以判断出相机在焦平面上像移的方向如图3。

(2)计算每片探测器上多点的像移方向与积分方向之间的夹角θj；

(3)弧形拼接角度的计算有三种计算方法：一是中间值法；二是平均值法；三是构造以多点MTF均值作为评价函数的方法。

中间值法：

计算探测器中心像元处的像移方向与积分方向之间的夹角θ_m，以θ_m作为此探测器的弧拼角度θ。

平均值法：

在探测器上均匀的选取多点(m个点)，分别计算m个点处像移方向与积分方向之间的夹角θ_j(1≤j≤m)，取θ_j均值作为此探测器的弧拼角度θ

构造评价函数法：

在探测器上均匀的取m个点，以m个点的MTF的均值作为评价函数。通过求极值的方法计算弧形拼接的角度。

其中，θ_min＝min{θ₁,θ₂,…θ_m}，θ_max＝max{θ₁,θ₂,…θ_m}。

本发明提出一种焦平面弧形拼接方法，首先根据畸变类型确定弧形拼接方向，然后计算弧形拼接的角度。本发明方法具体实现方式包括工作流程如下：

步骤一：根据相机的光学系统确定弧形拼接的方向，如图3所示。

步骤二：根据探测器上m个点像移与积分方向夹角θ_j计算弧形拼接角度。

步骤三：根据上述步骤得到弧形拼接的方案，如图4所示，图4以3片探测器为例，本专利适用于探测器数量超过2片的焦平面(包括两片)。如果是奇数片探测器，通过计算可知，中心的探测器弧拼角度θ＝0°。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种焦平面弧形拼接方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据相机光学系统的畸变方向，确定弧形拼接的方向；

(2)计算得到探测器上m个点像移与积分方向夹角θ_j，1≤j≤m，m为正整数；

(3)计算获得每片探测器的弧形拼接角度，并按照拼接角度对探测器进行拼接。

2.根据权利要求1所述的一种焦平面弧形拼接方法，其特征在于：所述计算获得弧形拼接角度的具体方法选用中间值法、平均值法和构造评价函数法中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的一种焦平面弧形拼接方法，其特征在于：所述中间值法的具体方法为：计算获得探测器中心像元处的像移方向与积分方向之间的夹角θ_m，以θ_m作为此探测器的弧拼角度θ。

4.根据权利要求2所述的一种焦平面弧形拼接方法，其特征在于：所述平均值法的具体方法为：在探测器上均匀的选取m个点，分别计算m个点处像移方向与积分方向之间的夹角θ_j，取θ_j均值作为此探测器的弧拼角度θ

5.根据权利要求2所述的一种焦平面弧形拼接方法，其特征在于：所述构造评价函数法的具体方法为：在探测器上均匀的取m个点，以m个点的MTF的均值作为评价函数；计算获得弧形拼接的角度θ

其中，θ_min＝min{θ₁,θ₂,…θ_m}，θ_max＝max{θ₁,θ₂,…θ_m}；M为探测器的积分级数。