CN109064515B - 一种对月观测数据提取方法及提取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及对月观测数据提取方法及提取装置，该方法包括：建立行角/列角标准数据模型；以遥感器的质心为球心建立半球坐标系，实时采集连续的月亮图像帧，按顺序依次对各月亮图像帧加载该半球坐标系，并提取出各月亮图像帧的月亮位置坐标；根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内且月亮天顶角是否在列角阈值范围内，若是，则提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧；有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据。本发明的方法及装置利用月亮相对遥感器的角度特征建立逐通道行角/列角标准数据模型，从理论上确定月亮进入冷空视场事件，能够准确的判识出月亮进入各个通道情况。
Description
技术领域
本发明涉及信号与信息处理技术领域，尤其涉及一种对月观测数据提取方法及提取装置。
背景技术
遥感数据的定量化应用是遥感领域发展的趋势和方向，而遥感数据的高精度辐射定标是定量化应用的重要前提。在众多的辐射定标方法中，对于可见近红外波段，近年来基于对月观测的在轨辐射定标成为辐射定标的重要研究方向。月亮是除太阳外视张角最大的地外目标物，其反射率的变化率约为10-8/年。如此稳定的反射特性使月亮非常适合作为卫星太阳反射通道的参考辐射基准源。
我国已实现极轨卫星遥感器风云三号中分辨率光谱成像仪(FY-3/MERSI)在轨对月观测功能，为基于对月观测数据的辐射定标提供了基础。MERSI通过冷空视场实现对月观测，月亮以约每月一次的频率进入MERSI冷空视场。因此，对月观测数据隐匿于巨量的冷空数据中(平均30天中的1分钟左右数据)。同时，随着卫星的绕地飞行和月亮公转运动，月亮缓慢进入对月观测视场，多元并扫的连续图像中，可以发现月亮逐渐从视场一侧进入，直至全部进入对月观测视场，从另一侧缓慢移出。只有过程中间的2-4帧图像，才能获取月亮的完整圆盘图像。如何精确有效地剔除大量无月数据和无效观测数据，准确判识并提取出有效数据是后续数据处理的重要前提。
目前，提取在轨对月观测数据一般采用两种策略：轨道预报法和统计特性法。
轨道预报法是以卫星轨道参数为输入，预报遥感器位置；以天文星历表为基础，预报月球位置；考虑遥感器对月观测的角度设置，预报出月亮进入遥感器视场的时间，提取对应的观测数据。
利用卫星轨道参数和星历表预报月亮进入冷空时间，从而筛选对月观测数据的方法，由于轨道参数误差和卫星姿态变化等，导致预报的时间与实际对月观测时间存在差异，导致获取的数据存在冗余或不完整。这种方法只能针理想光轴下的对月观测事件分析，对于偏离理想光轴的通道，对月观测数据不能有效的被识别出来。
统计特性法是以观测数据的统计量为判识量，计算各个通道单帧数据标准差，根据暗电流计数值在未受到月亮等污染时的标准差，提取出异常数据作为月亮观测数据。
利用统计特征有比较大的缺陷：引起冷空计数值变化的原因不止是月亮进入冷空视场，传输误码，通道探测器异常以及偶发电流噪声等均可仪器冷空数据的统计特征出现变化。会导致大量的误报情况的发生；同时，当月亮只被部分通道观测时，统计值灵敏度不够，导致部分通道对月观测的情况下，不能有效的判识出来。
遥感器对月观测图像像素少，边缘影响大。现有技术难以避免单帧多元图像条纹导致的月亮像素判识误差，尤其是月亮边缘的像素。
因此，提出一种对月观测数据提取方法及提取装置。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了对月观测数据提取方法及提取装置，该方法及装置能够解决星载对月观测数据的精确判识和收集整理问题，即从大样本量的数据中，准确判识出对月观测数据，提取重组成月亮圆盘数据，同时完成相关辅助信息数据的采集。
根据本发明的一个方面，本发明提供的对月观测数据提取方法，包括以下步骤：
建立行角/列角标准数据模型，该行角/列角标准数据模型包括行角阈值范围和列角阈值范围；
以遥感器的质心为球心建立半球坐标系，实时采集连续的月亮图像帧，按顺序依次对各月亮图像帧加载该半球坐标系，并提取出各月亮图像帧的月亮位置坐标；
根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内且月亮天顶角是否在列角阈值范围内，当月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧；
有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据。
进一步地，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内且月亮天顶角是否在列角阈值范围内包括以下步骤：
实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内。
进一步地，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内且月亮天顶角是否在列角阈值范围内包括以下步骤：
实时判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，若是，则判断月亮方位角是否在行角阈值范围内。
进一步地，建立行角/列角标准数据模型包括以下步骤：
计算对月观测视场张角；
以遥感器的单像元立体角为基准，根据并扫像元数，计算单次扫描图像列方向张角，并根据对月观测视场冷空采样点数，计算单次扫描行方向张角，以建立对月观测视场窗口张角矩形；
以对月观测视场中心的方位角和天顶角为基准，以对月观测视场窗口张角矩形为边界，建立对月观测事件基础阈值；
以月球对遥感器的半张角为月球图像完整性判识依据，订正基础阈值，建立对月观测完整性判识阈值，并以遥感器通道配准参数为精细判识依据，订正完整性判识阈值，建立逐通道对月观测事件判识阈值作为行角/列角标准数据模型。
进一步地，上述对月观测数据提取方法，还包括以下步骤：
以有效月亮图像帧为中心，获取第一预定范围的帧扫描数据组成有月待选数据，并根据各通道内的并扫像元数，抽取组成单探元的观测图像数据；
查找单探元的观测图像数据最大值，以其为中心，获取第二预定范围的帧扫描数据组成有月图像数据；
对有月待选数据中有月图像数据之外的扫描帧数据计算平均值，作为暗电流计数值；
以单探元的观测图像数据最大值与暗电流计数值差的10％为阈值，有月待选数据中大于暗电流计数值与阈值的和标识为月亮像素，其他标识为非月亮像素，建立逐探元月亮图像模版。
进一步地，有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据包括以下步骤：
以有效月亮图像帧的扫描序号和遥感器中探元位置关系为行数据索引，重构多元并扫月亮图像及对应的月亮图像模版。
根据本发明的另一方面，本发明提供的对月观测数据提取装置，包括：
行角/列角标准数据模型建立模块，用于建立行角/列角标准数据模型，该行角/列角标准数据模型包括行角阈值范围和列角阈值范围；
月亮数据采集模块，用于以遥感器的质心为球心建立半球坐标系，实时采集连续的月亮图像帧，按顺序依次对各月亮图像帧加载该半球坐标系，并提取出各月亮图像帧的月亮位置坐标；
月亮图像帧提取模块，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，当月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧；
完整月亮图像数据组成模块，用于有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据。
进一步地，月亮图像帧提取模块包括：
月亮方位角和月亮天顶角计算单元，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角；
月亮方位角判断单元，用于实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则向月亮方位角判断单元发送月亮天顶角判断信号；
月亮天顶角判断单元，用于实时判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内；
月亮图像帧撷取单元，用于在月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧。
根据本发明的还一方面，本发明提供的对月观测数据提取装置，包括：
行角/列角标准数据模型建立模块，用于建立行角/列角标准数据模型，该行角/列角标准数据模型包括行角阈值范围和列角阈值范围；
月亮数据采集模块，用于以遥感器的质心为球心建立半球坐标系，实时采集连续的月亮图像帧，按顺序依次对各月亮图像帧加载该半球坐标系，并提取出各月亮图像帧的月亮位置坐标；
月亮图像帧提取模块，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角，实时判断判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则判断月亮天顶角是否在行角阈值范围内，当月亮天顶角在行角阈值范围内且月亮方位角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧；
完整月亮图像数据组成模块，用于有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据。
进一步地，月亮图像帧提取模块包括：
月亮方位角和月亮天顶角计算单元，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角；
月亮天顶角判断单元，用于实时判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，若是，则向月亮方位角判断单元发送月亮方位角判断信号；
月亮方位角判断单元，用于实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内；
月亮图像帧撷取单元，用于在月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明的方法及装置利用月亮相对遥感器的角度特征有明确的物理意义，建立逐通道行角/列角标准数据模型，从理论上确定月亮进入冷空事件，杜绝漏报，少量误报，能够准确的判识出月亮进入各个通道情况；
2.本发明的方法及装置基于判识结果自动化地将对月数据精确提取出来，通过抽取逐探元数据，建立月亮模版，重构月亮出圆盘图像，进而建立出对月观测数据集，提取数据准确且提取效率高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的设置。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例的对月观测数据提取方法步骤图；
图2为本发明实施例的星载对地遥感器对月观测数据提取装置框图；
图3为本发明实施例的星载对地遥感器对月观测数据提取装置的另一框图；
图4为本发明实施例的仪器坐标系及方位角和天顶角定义示意图；
图5为本发明实施例的MERSI焦平面摆放顺序示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
仪器坐标系是以遥感器质心为原点O，星下点方向为Z轴，遥感器随卫星前进方向为X轴的坐标系，Y轴由Z轴和X轴通过右手正交得到，在这个坐标系下，天顶角定义为与Z轴的夹角，方位角定义为在XOY平面内与X轴的夹角。本发明的方法及装置利用月亮方位角和天顶角信息，根据遥感器的逐通道行角/列角标准数据模型，判识月亮是否进入观测视场；依据判识结果，抽取对月观测数据，建立单探元月亮图像，采集相关辅助信息数据；基于单探元月亮图像，重组建立多元并扫图像数据，判识完整月亮图像帧，完成月亮圆盘数据的精确提取。提取出的月亮圆盘图像及其辅助信息数据可以用于后续的辐射定标和辐射响应性能跟踪等方面的应用。
图1为本发明实施例的对月观测数据提取方法步骤图，如图1所示，本发明的对月观测数据提取方法包括以下步骤：建立行角/列角标准数据模型，该行角/列角标准数据模型包括行角阈值范围和列角阈值范围；以遥感器的质心为球心建立半球坐标系，实时采集连续的月亮图像帧，按顺序依次对各月亮图像帧加载该半球坐标系，并提取出各月亮图像帧的月亮位置坐标；根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内且月亮天顶角是否在列角阈值范围内，当月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧；有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据。其中，遥感器为星载对地遥感器。本发明的方法利用月亮相对遥感器的角度特征有明确的物理意义，建立逐通道行角/列角标准数据模型，从理论上确定月亮进入冷空事件，杜绝漏报，少量误报，能够准确的判识出月亮进入各个通道情况。
其中，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内且月亮天顶角是否在列角阈值范围内包括以下步骤：实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内。
或者，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内且月亮天顶角是否在列角阈值范围内包括以下步骤：实时判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，若是，则判断月亮方位角是否在行角阈值范围内。
建立行角/列角标准数据模型包括以下步骤：针对遥感器，计算对月观测视场张角；以遥感器的单像元立体角为基准，根据并扫像元数，计算单次扫描图像列方向张角，并根据对月观测视场冷空采样点数，计算单次扫描行方向张角，以建立对月观测视场窗口张角矩形；以月观测视场中心的方位角和天顶角为基准，以张角矩形为边界，建立对月观测事件基础阈值；以月球对星载对地遥感器的半张角为月球图像完整性判识依据，订正基础阈值，建立对月观测完整性判识阈值，并以遥感器通道配准参数为精细判识依据，订正完整性判识阈值，建立逐通道对月观测事件判识阈值作为行角/列角标准数据模型。
在仪器坐标系下，以月亮方位角和月亮天顶角为检验量，逐通道地对实时接收的对月观测数据与对月观测事件判识阈值进行对比，并根据判识结果标记出月亮部分进入或全部进入各通道对月观测视场时的扫描序号。例如扫描序号的标记可以以单次扫描图像中行方向和列方向获取月亮图像的完整性为基础，分别定义标识符意义：0表示行列方向均没有获取月亮图像；1表示行列方向只有一个维度获取到部分月亮图像；2表示获取到列方向完整月亮图像行方向部分月亮图像；3表示获取到行方向完整月亮图像列方向部分月亮图像；4表示行列方向均获取到完整月亮。
上述对月观测数据提取方法，还包括以下步骤：以有效月亮图像帧为中心，获取第一预定范围的帧扫描数据组成有月待选数据，并根据各通道内的并扫像元数，抽取组成单探元的观测图像数据；查找单探元的观测图像数据最大值，以其为中心，获取第二预定范围的帧扫描数据组成有月图像数据；对有月待选数据中有月图像数据之外的扫描帧数据计算平均值，作为暗电流计数值；以单探元的观测图像数据最大值与暗电流计数值差的10％为阈值，有月待选数据中大于暗电流计数值与阈值的和标识为月亮像素，其他标识为非月亮像素，建立逐探元月亮图像模版。具体地，以标识符等于4的扫描序号为中心，提取前后100帧扫描数据组成有月待选数据；按照通道内并扫像元数，抽取组成单探元的观测图像数据。获取单探元的观测图像数据最大值，最大值行序号前后20帧保存为有月图像数据，记录扫描序号。未被选用的其它扫描帧数据计算平均值和标准差，作为暗电流计数值。以单探元的观测图像数据最大值与暗电流计数值差的10％为阈值，在有月待选数据中，大于暗电流计数值与阈值的和标识为月亮像素(1)，其他标识为非月亮像素(0)，建立逐探元月亮图像模版。
提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧还包括以下步骤：根据有月待选数据最大值处扫描序号，获取逐探元的观测时间、卫星位置和速度等辅助信息数据。
有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据包括以下步骤：以有效月亮图像帧的扫描序号和遥感器中探元位置关系为行数据索引，重构多元并扫月亮图像及对应的月亮图像模版。其中，对于多元并扫月亮图像中的单帧多元并扫图形，采用两个约束条件判定：图像内是否存在月亮像素；图像的四条边缘是否存在月亮像素。同时满足这两个约束条件的帧为月亮完整图像帧，提取这些帧的对月观测图像，与单独另存的辅助信息数据，作为一次完整的对月观察数据供后续处理使用。本发明的方法能够基于判识结果自动化地将对月数据精确提取出来，通过抽取逐探元数据，建立月亮模版，重构月亮出圆盘图像，进而建立出对月观测数据集，提取数据准确且提取效率高。
参见图2，本发明提供的对月观测数据提取装置，包括：行角/列角标准数据模型建立模块，用于建立行角/列角标准数据模型，该行角/列角标准数据模型包括行角阈值范围和列角阈值范围；月亮数据采集模块，用于以遥感器的质心为球心建立半球坐标系，实时采集连续的月亮图像帧，按顺序依次对各月亮图像帧加载该半球坐标系，并提取出各月亮图像帧的月亮位置坐标；月亮图像帧提取模块，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，当月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧；完整月亮图像数据组成模块，用于有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据。本发明的装置利用月亮相对遥感器的角度特征有明确的物理意义，建立逐通道行角/列角标准数据模型，从理论上确定月亮进入冷空事件，杜绝漏报，少量误报，能够准确的判识出月亮进入各个通道情况。本发明的装置能够基于判识结果自动化地将对月数据精确提取出来，通过抽取逐探元数据，建立月亮模版，重构月亮出圆盘图像，进而建立出对月观测数据集，提取数据准确且提取效率高。
参见图2，月亮图像帧提取模块包括：月亮方位角和月亮天顶角计算单元，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角；月亮方位角判断单元，用于实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则向月亮方位角判断单元发送月亮天顶角判断信号；月亮天顶角判断单元，用于实时判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内；月亮图像帧撷取单元，用于在月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧。本发明的装置中，先通过月亮方位角判断单元判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，再通过月亮天顶角判断单元判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，通过初筛选和再筛选两个步骤，不仅避免了重复筛选，而且节省时间，效率高。
参见图3，本发明提供的对月观测数据提取装置，包括：行角/列角标准数据模型建立模块，用于建立行角/列角标准数据模型，该行角/列角标准数据模型包括行角阈值范围和列角阈值范围；月亮数据采集模块，用于以遥感器的质心为球心建立半球坐标系，实时采集连续的月亮图像帧，按顺序依次对各月亮图像帧加载该半球坐标系，并提取出各月亮图像帧的月亮位置坐标；月亮图像帧提取模块，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角，实时判断判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，当月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧；完整月亮图像数据组成模块，用于有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据。本发明的装置利用月亮相对遥感器的角度特征有明确的物理意义，建立逐通道行角/列角标准数据模型，从理论上确定月亮进入冷空事件，杜绝漏报，少量误报，能够准确的判识出月亮进入各个通道情况。本发明的装置能够基于判识结果自动化地将对月数据精确提取出来，通过抽取逐探元数据，建立月亮模版，重构月亮出圆盘图像，进而建立出对月观测数据集，提取数据准确且提取效率高。
参见图3，月亮图像帧提取模块包括：月亮方位角和月亮天顶角计算单元，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角；月亮天顶角判断单元，用于实时判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，若是，则向月亮方位角判断单元发送月亮方位角判断信号；月亮方位角判断单元，用于实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内；月亮图像帧撷取单元，用于在月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧。本发明的装置中，先通过月亮天顶角判断单元判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，再通过月亮方位角判断单元判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，通过初筛选和再筛选两个步骤，不仅避免了重复筛选，而且节省时间，效率高。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
实施例
以风云三号气象卫星D星(FY-3D)，中分辨率光谱成像仪(MERSI)为实施例。
FY-3D/MERSI的原始遥感数据以5分钟观测时间为单位切块保存，共19个可见近红外通道。其中通道1-4为250米分辨率通道，40元并扫；通道5-19为1000米分辨率通道，10元并扫。
本实施例的具体步骤如下：
1.逐通道行角/列角标准数据模型建立
仪器坐标系下各坐标轴指向：仪器坐标系的Z轴指向星下点(天顶方向)，X轴为扫描镜旋转轴方向，指向卫星沿轨道前进方向，Y轴由Z轴和X轴通过右手正交得到。月亮矢量在仪器坐标系下可以用月亮方位角和月亮天顶角来描述月亮的方向信息。仪器坐标系下月亮位置坐标对应的方位角为位置矢量在OXY平面内的投影与X轴的夹角，在0-360度范围之内；天顶角为位置矢量与Z轴的夹角，在0-180度之间。如图4所示，方位角为
天顶角为θ。
其中，位置矢量各坐标轴分量与天顶角、方位角的转换式：
当y>0时，
取0-180度，y<0时，
取180-360度。
在仪器坐标系中，MERSI扫描镜旋转，扫描平面为垂直于轨道前进方向的平面，获取YOZ平面内的扫描数据，在天顶角为70度附近获取冷空数据，共采集48点@1km通道(192点@250m通道)。月球直径为3474.8km，地月平均距离为384400km，月球对卫星的视张角约为0.51°。
计算窗口张角矩形。行方向对月观测视张角计算方法：冷空采样点共48个@1km通道，MERSI的IFOV(instantaneous field of view，瞬时视场)为1.2mrad@1km，则对月观测视场行方向约为57.6mrad，约3.3°范围，半宽为1.65°。列方向对月观测视张角计算方法：10元并扫@1km通道，MERSI的IFOV为1.2mrad@1km，则对月观测视场列方向约为12mrad，约0.69°范围，半宽为0.34°。
对月观测视场方向天顶角为69.5°，方位角为90.0°。以对月观测视场中心的方位角和天顶角为基准，张角矩形为边界，建立对月观测事件基础阈值，即天顶角为(69.5°±1.65°)，方位角为(90.0°±0.34°)。
以月球对遥感器的半张角为月球图像完整性判识依据，订正基础阈值，建立对月观测完整性判识阈值。月亮视张角约为0.51°，张角半宽约为0.25°。
因此，可得到：表1为行方向月亮完整性判识表，表2为列方向月亮完整性场判识表。
表1
表2
以遥感器通道配准参数为精细判识依据，订正完整性判识阈值，逐通道对月观测事件判识，建立逐通道对月观测事件判识阈值。
MERSI焦平面摆放顺序如图5。结合图5，由于通道瞬时视场角约为0.06度(@1km，0.015度@250m)，故配准像元数乘瞬时视场角即为通道偏移角。具体通道配准偏移像元数及偏移角如下表3所示。
表3
| 通道号 | 配准像元 | 偏移角 | 通道号 | 配准像元 | 偏移角 | 通道号 | 配准像元 | 偏移角 |
| 1 | -1 | -0.06 | 10 | 1 | 0.06 | 19 | 7 | 0.42 |
| 2 | 1 | 0.06 | 11 | 3 | 0.18 | 20 | -3 | -0.18 |
| 3 | 1 | 0.06 | 12 | -1 | -0.06 | 21 | 3 | 0.18 |
| 4 | -5 | -0.30 | 13 | 3 | 0.18 | 22 | -1 | -0.06 |
| 5 | 0 | 0 | 14 | -3 | -0.18 | 23 | 1 | 0.06 |
| 6 | 2 | 0.12 | 15 | 5 | 0.30 | 24 | -1 | -0.06 |
| 7 | -2 | -0.12 | 16 | -9 | -0.54 | 25 | 1 | 0.06 |
| 8 | -5 | -0.30 | 17 | -7 | -0.42 | |||
| 9 | -3 | -0.18 | 18 | 9 | 0.54 |
2.数据提取整理和采集辅助数据
(1)单探元的观测图像数据的获取：标记出角度满足阈值条件的扫描帧号，标识符为4。以角度满足阈值条件的扫描帧号为中心，提取前后100帧扫描数据组成有月待选数据。按照通道内并扫像元数，抽取组成单探元的观测图像数据。对于1000米分辨率通道每十行抽取数据，250米分辨率通道每四十行抽取数据。
(2)逐探元月亮图像模版的建立：获取单探元的观测图像数据最大值，单探元的观测图像数据最大值行序号前后20帧保存为有月图像数据，记录扫描序号。
未被选用的其它扫描帧数据计算平均值和标准差，作为暗电流计数值，各通道中的未被选用的其它扫描帧数据计算平均值和标准差如下表4所示。
表4
| 通道号 | 冷空平均值 | 标准差 |
| 1 | 121.4 | 5.2 |
| 2 | 128.7 | 6.2 |
| 3 | 246.9 | 6.8 |
| 4 | 149.4 | 7.9 |
| 5 | 159.3 | 17.0 |
| 6 | 134.0 | 17.7 |
| 7 | 153.8 | 25.7 |
| 8 | 188.5 | 13.1 |
| 9 | 190.3 | 14.0 |
| 10 | 151.4 | 16.1 |
| 11 | 165.6 | 16.0 |
| 12 | 204.8 | 20.6 |
| 13 | 206.2 | 23.5 |
| 14 | 202.5 | 24.7 |
| 15 | 173.3 | 26.2 |
| 16 | 171.4 | 8.6 |
| 17 | 238.3 | 8.2 |
| 18 | 238.0 | 7.8 |
| 19 | 198.0 | 5.2 |
以单探元的观测图像数据最大值与暗电流计数值差的10％为阈值，大于暗电流计数值与阈值的和标识为月亮像素(1)，其他标识为非月亮像素(0)，建立逐探元月亮图像模版。
(3)辅助信息数据的获取：根据有月待选数据最大值处扫描序号，获取对应的观测时间、卫星位置和速度等辅助信息数据，如下表5所示。
表5
| 日记数 | 6659.9903069672 |
| 归一化日地距离 | 0.998 |
| 归一化地月距离 | 0.967 |
| 卫星位置-X | 5402.024 |
| 卫星位置-Y | 3524.892 |
| 卫星位置-Z | -3221.735 |
| 卫星速度-X | 318468.741 |
| 卫星速度-Y | 29381.924 |
| 卫星速度-Z | 566239.892 |
3.月亮圆盘数据重组
以扫描序号和探元位置相邻关系为行数据索引，重构多元并扫月亮图像及其对应月亮图像模版。
标记月亮全盘图像扫描帧序号。对于月亮全盘图像扫描帧中的单帧多元并扫图形，采用两个约束条件判定：图像内是否存在月亮像素；图像的四条边缘是否存在月亮像素。同时满足两个约束的帧为月亮完整图像帧，提取这些帧的对月观测图像。
结合辅助信息数据单独另存，作为一次完整的对月观察数据供后续处理使用。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种对月观测数据提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立行角或列角标准数据模型，该行角或列角标准数据模型包括行角阈值范围和列角阈值范围；
以遥感器的质心为球心建立半球坐标系，实时采集连续的月亮图像帧，按顺序依次对各月亮图像帧加载该半球坐标系，并提取出各月亮图像帧的月亮位置坐标；
根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内且月亮天顶角是否在列角阈值范围内，当月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧；
有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据。
2.根据权利要求1所述的对月观测数据提取方法，其特征在于，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内且月亮天顶角是否在列角阈值范围内包括以下步骤：
实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内。
3.根据权利要求1所述的对月观测数据提取方法，其特征在于，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内且月亮天顶角是否在列角阈值范围内包括以下步骤：
实时判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，若是，则判断月亮方位角是否在行角阈值范围内。
4.根据权利要求2或3所述的对月观测数据提取方法，其特征在于，建立行角或列角标准数据模型包括以下步骤：
计算对月观测视场张角；
以遥感器的单像元立体角为基准，根据并扫像元数，计算单次扫描图像列方向张角，并根据对月观测视场冷空采样点数，计算单次扫描行方向张角，以建立对月观测视场窗口张角矩形；
以对月观测视场中心的方位角和天顶角为基准，以对月观测视场窗口张角矩形为边界，建立对月观测事件基础阈值；
以月球对遥感器的半张角为月球图像完整性判识依据，订正基础阈值，建立对月观测完整性判识阈值，并以遥感器通道配准参数为精细判识依据，订正完整性判识阈值，建立逐通道对月观测事件判识阈值作为行角或列角标准数据模型。
5.根据权利要求4所述的对月观测数据提取方法，其特征在于，还包括以下步骤：
以有效月亮图像帧为中心，获取第一预定范围的帧扫描数据组成有月待选数据，并根据各通道内的并扫像元数，抽取组成单探元的观测图像数据；
查找单探元的观测图像数据最大值，以其为中心，获取第二预定范围的帧扫描数据组成有月图像数据；
对有月待选数据中有月图像数据之外的扫描帧数据计算平均值，作为暗电流计数值；
以单探元的观测图像数据最大值与暗电流计数值差的10％为阈值，有月待选数据中大于暗电流计数值与阈值的和标识为月亮像素，其他标识为非月亮像素，建立逐探元月亮图像模版。
6.根据权利要求5所述的对月观测数据提取方法，其特征在于，有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据包括以下步骤：
以有效月亮图像帧的扫描序号和遥感器中探元位置关系为行数据索引，重构多元并扫月亮图像及对应的月亮图像模版。
7.一种实现权利要求2所述对月观测数据提取方法的装置，其特征在于，包括：
行角或列角标准数据模型建立模块，用于建立行角或列角标准数据模型，该行角或列角标准数据模型包括行角阈值范围和列角阈值范围；
月亮数据采集模块，用于以遥感器的质心为球心建立半球坐标系，实时采集连续的月亮图像帧，按顺序依次对各月亮图像帧加载该半球坐标系，并提取出各月亮图像帧的月亮位置坐标；
月亮图像帧提取模块，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角，实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，当月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧；
完整月亮图像数据组成模块，用于有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，月亮图像帧提取模块包括：
月亮方位角和月亮天顶角计算单元，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角；
月亮方位角判断单元，用于实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则向月亮天顶角判断单元发送月亮天顶角判断信号；
月亮天顶角判断单元，用于实时判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内；
月亮图像帧撷取单元，用于在月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧。
9.一种实现权利要求3所述对月观测数据提取方法的装置，其特征在于，包括：
行角或列角标准数据模型建立模块，用于建立行角或列角标准数据模型，该行角或列角标准数据模型包括行角阈值范围和列角阈值范围；
月亮数据采集模块，用于以遥感器的质心为球心建立半球坐标系，实时采集连续的月亮图像帧，按顺序依次对各月亮图像帧加载该半球坐标系，并提取出各月亮图像帧的月亮位置坐标；
月亮图像帧提取模块，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角，实时判断判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内月亮方位角是否在行角阈值范围内，若是，则判断月亮方位角是否在行角阈值范围内，当月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧；
完整月亮图像数据组成模块，用于有效月亮图像帧组成完整月亮图像数据。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，月亮图像帧提取模块包括：
月亮方位角和月亮天顶角计算单元，用于根据月亮位置坐标实时计算月亮方位角和月亮天顶角；
月亮天顶角判断单元，用于实时判断月亮天顶角是否在列角阈值范围内，若是，则向月亮方位角判断单元发送月亮方位角判断信号；
月亮方位角判断单元，用于实时判断月亮方位角是否在行角阈值范围内；
月亮图像帧撷取单元，用于在月亮方位角在行角阈值范围内且月亮天顶角在列角阈值范围内时，提取出该月亮位置坐标的月亮图像帧作为有效月亮图像帧。
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