CN108444498B - 一种高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统 - Google Patents

Abstract

本发明的高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统，采用至少两列平行设置的主动辐射靶标组，每个主动辐射靶标组包括至少十个可以主动发光的主动辐射靶标，主动辐射靶标具有足够的辐射亮度，在卫星图像中具有较高的图像对比度，便于卫星图像识别，利用质心算法，具有小于0.3个像元的精度，主动辐射靶标的发光面积小于空间相机的地面像元分辨率，具有小于1/3像元的地理位置精度，从地面位置信息输入至图像输出均具有较高的精度，结合几何定标算法，计算几何定标相关参量，从而提高空间相机的在轨几何定标精度，在未来大量卫星的在轨几何定标中将发挥重要作用，具有广泛的应用价值。

Description

一种高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统

技术领域

本发明涉及遥感成像领域，具体涉及一种高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统。

背景技术

高分辨率遥感卫星在飞行中因振动、温度和压强变化等会导致星载传感器的内部几何参数发生变化，在进行立体测绘时会带来很大的定位误差，严重制约其遥感数据的定量化应用，遥感卫星的在轨几何定标是解决该问题的有效途径。目前有多种在轨几何定标方法，这些方法各有特点，均取得了一定的在轨几何检校成效，但也存在一些有待于进一步改进和优化的方面。

目前，几何定标控制点主要分为两类，一类是利用地面的自然景物作为控制点完成在轨几何定标；一类是利用地面人工靶标作为有效控制点完成几何定标。光学遥感卫星发射升空后为了检验其空间几何关系的变化，需要对其进行在轨几何检校。

如今作为光学遥感器在轨几何检校的控制点，大都是影像上较明显清晰的地表物来选取的，例如河流的交汇点或弯曲点、道路的交叉口、房屋拐角处以及特殊的地形等，在影像上识别出这样的控制点是困难的，找出控制点中心所在像元就更加困难，因而几何定标的精度相对较低。另一方面采用地面人工标志靶标(黑白方形对顶标志)作为地面控制点，该标志靶标相比自然景物具有良好的光谱平坦性、朗伯性及均匀一致性等光学辐射特性，在标志靶标的下面铺设地网，减少背景辐射。标志靶标和地网一般为正方形，标志靶标边长达到四五十米，地网尺寸达到近百米，在进行几何定标时，一般需要数十个，因此铺设标志靶标耗费大量的人力物力。

这些几何定标方法，均采用地面固定定标场地，依靠反射太阳光，定标时受定标场地天气因素和卫星回归周期等因素影响，造成定标周期长、频次低、成本高、几何定标精度低。

发明内容

本发明实施例提供了一种高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统，采用主动辐射靶标作为地面控制点，主动辐射靶标具有主动发光功能，且辐射亮度高，空间相机对该几何定标系统成像时可以获得较高对比度的靶标图像，便于图像识别和几何质心计算，每个主动辐射靶标具有体积小、重量轻、功耗小、发散角大、便于安装等特点，该定标几何定标系统具有较高的地面控制点精度和图像几何定位精度。

本发明实施例中提供一种高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统，包括至少两列间隔第一距离平行设置的主动辐射靶标组，每个主动辐射靶标组包括至少十个可以主动发光的主动辐射靶标，所述至少十个主动辐射靶标以第二距离等间隔排成一列，所述主动辐射靶标的发光面积小于空间相机的地面像元分辨率对应的面积，根据所述主动辐射靶标的位置信息以及所述空间相机的图像中像元位置信息，利用几何定标算法，获取空间相机的内方位元素和外方位元素等相关参数，完成空间相机几何定标。

可选地，所述主动辐射靶标采用白光LED组成的面辐射光源,且辐射亮度具有大于等于150W/m²/sr。

可选地，所述主动辐射靶标的发散角大于等于120°。

可选地，当所述空间相机的像元分辨率为1.0m×1.0m时，所述主动辐射靶标的尺寸为0.4m×0.4m。

可选地，所述第一距离和所述第二距离相同。

可选地，所述第一距离和所述第二距离均为大于等于1km。

可选地，所述第一距离和所述第二距离采用具有厘米级测量精度的GPS-RTK测量系统进行确定。

可选地，所述至少两列间隔第一距离平行设置的主动辐射靶标组呈网格点分布。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明的高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统，采用主动辐射靶标作为地面控制点，采用至少两列平行设置的主动辐射靶标组，每个主动辐射靶标组包括至少十个可以主动发光的主动辐射靶标，主动辐射靶标具有足够的辐射亮度，在卫星图像中具有较高的图像对比度，便于图像识别，便于计算几何质心(小于0.3像元)，主动辐射靶标的发光面积小于空间相机的地面像元分辨率，具有小于一个像元的地理位置精度，从地面位置输入至图像输出均具有较高的精度，从而提高空间相机的在轨几何定标精度，在未来大量卫星的在轨几何定标中将发挥重要作用，具有广泛的应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例中的高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统的排布示意图，图中A1、A2、A3……An组成A组光源，B1、B2、B3……Bn组成B组光源，M1、M2、M3……Mn组成M组光源，G为GPS-RTK测量系统；

图2是本发明实施例中的高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统中主动辐射靶标与地面像元分辨率位置的示意图，21为空间相机地面像元分辨率对应面积，22为主动辐射靶标对应面积。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例中提供一种高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统，包括至少两列平行设置的主动辐射靶标组，相邻两列主动辐射靶标组之间的距离为第一距离，每个主动辐射靶标组包括至少十个可以主动发光的主动辐射靶标，每个主动辐射靶标组上的所有主动辐射靶标以第二距离等间隔排成一列，至少两列主动辐射靶标组呈网格点分布，主动辐射靶标的面积小于空间相机的地面像元分辨率对应的面积，根据所述主动辐射靶标的位置信息以及所述空间相机的图像中像元位置信息，结合现有几何定标算法，获取空间相机的内方位元素和外方位元素等相关参数完成空间相机在轨几何定标，主动辐射靶标发光面积小于空间相机的地面像元分辨率，具有小于一个像元的地理位置精度，主动辐射靶标在图像中便于识别，便于计算其质心，具有小于0.3像元的精度，从地面位置输入至图像输出均具有较高的精度，从而提高空间相机的在轨几何定标精度。

需要说明的是，主动辐射靶标的数量可以采用几百个，也可以采用上万个，使得整个定标系统的覆盖面满足空间相机的几何定标所需，此处不做限定。

可选地，所述第一距离和所述第二距离相同，所述第一距离和所述第二距离均大于等于1km，在进行距离测量时候第一距离和第二距离采用GPS-RTK测量系统进行确定，对于GPS-RTK测量系统，领用实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标，具有厘米级的地理位置测量精度，本领域普通技术人员应当了解，具体不做赘述。

如图1所示，本实施例中，采用N个主动辐射靶标组，N个主动辐射靶标组呈网格点分布，在空间相机的成像幅宽内，铺设主动辐射靶标，其中A1、A2、A3……An组成A组光源，B1、B2、B3……Bn组成B组光源，M1、M2、M3……Mn组成M组光源，所有组内主动辐射靶标的横向间隔为大于等于1km左右，组与组之间的间隔为大于等于1km左右，形成几何定标所需要网格点分布。地面摆放主动辐射靶标的数量和间隔可以依据几何定标的需求进行调整，主动辐射靶标的发散角达到120°，便于被卫星上的空间相机所接收，无论是卫星平飞成像还是侧摆成像，只要卫星成像幅宽覆盖几何定标的主动辐射靶标所分布的区域即可获得对应的图像。

主动辐射靶标采用具有120°发散角的白光LED组成面辐射光源，当空间相机的像元分辨率为1.0m×1.0m时，该主动辐射靶标的尺寸为0.4m×0.4m，辐射亮度不小于150W/m²/sr，优选地，可以采用220W/m²/sr的辐射亮度，主动辐射靶标具有主动发光功能，不依赖太阳光，因此昼夜都可以为在轨卫星实施几何定标，主动辐射靶标的发散角大，便于被卫星接收，安装在地面上进行简单的调平即可，主动辐射靶标具有体积小、功耗小、亮度高、重量轻、远程可控、发散角大、便于安装等特点。

本发明中，主动辐射靶标作为控制点的地面位置精度小于地面像元分辨率，卫星图像中可获得高对比度的图像，像元质心小于0.3像元，当所述空间相机的像元分辨率为1.0m×1.0m时，所述主动辐射靶标的尺寸为0.4m×0.4m，可以根据几何定标的需求，配备更小或更大尺寸的主动辐射靶标，以满足不同空间分辨率相机的几何定标要求。

如图2所示，本发明实施例中的高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统中主动辐射靶标与地面像元分辨率位置，21为空间相机地面像元分辨率对应面积，22为主动辐射靶标对应面积，主动辐射靶标的尺寸小于空间相机的地面像元分辨率，地面上控制点的位置信息小于一个像元，具有较高的位置精度信息。主动辐射靶标具有足够的辐射亮度，卫星图像上具有较高的图像对比度，利用质心求解法，获得每个主动辐射靶标的质心(小于0.3个像元)，这里的质心是指主动辐射靶标的几何中心，对于质心的求解方法，本领域普通人员应当了解，可以灵活选择，此处不作赘述。

利用高精度的主动辐射靶标的地面控制点位置信息，结合高对比度和高精度的图像像元位置信息，利用现有的几何定标算法，获取空间相机的内方位元素和外方位元素等相关参数，完成空间相机几何定标

本发明的目的是为空间相机在轨几何定标时提供高精度的地面控制点和对应的高精度高对比度的图像信息，对于几何定标的方法可以广泛采用现有的技术方案，在此不作限定。

本发明的高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统，采用至少两列平行设置的主动辐射靶标组，每个主动辐射靶标组包括至少十个可以主动发光的主动辐射靶标，主动辐射靶标具有足够的辐射亮度，在卫星图像中具有较高的图像对比度，便于图像识别，便于计算像元质心，且具有小于0.3像元的精度，主动辐射靶标的发光面积小于空间相机的地面像元分辨率，具有小于一个像元的地理位置精度，从地面位置输入至图像输出均具有较高的精度，从而提高空间相机的在轨几何定标精度，在未来大量卫星的在轨几何定标中将发挥重要作用，具有广泛的应用价值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种高对比度高精度的空间相机在轨几何定标系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种空间相机在轨几何定标系统，其特征在于，包括至少两列间隔第一距离平行设置的主动辐射靶标组，每个主动辐射靶标组包括至少十个可以主动发光的主动辐射靶标，所述至少十个主动辐射靶标以第二距离等间隔排成一列，所述主动辐射靶标的面积小于空间相机的地面像元分辨率对应的面积，根据所述主动辐射靶标的位置信息以及所述空间相机的图像中对应的主动辐射靶标像元位置信息，结合几何定标算法，求解所需参数，完成空间相机的几何定标；

所述主动辐射靶标采用白光LED组成的面发射光源，且辐射亮度具有大于等于150W/m²/sr；

当所述空间相机的像元分辨率为1.0m×1.0m时，所述主动辐射靶标的尺寸为0.4m×0.4m；

所述主动辐射靶标的发散角大于等于120°；

所述至少两列间隔第一距离平行设置的主动辐射靶标组呈网格点分布。

2.根据权利要求1所述的空间相机在轨几何定标系统，其特征在于，所述第一距离和所述第二距离相同。

3.根据权利要求2所述的空间相机在轨几何定标系统，其特征在于，所述第一距离和所述第二距离均大于等于1km。

4.根据权利要求1所述的空间相机在轨几何定标系统，其特征在于，所述第一距离和所述第二距离采用具有厘米级测量精度的GPS-RTK测量系统进行确定。

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