CN110243345A - 一种基于旋转大幅宽光学成像的像移分析计算方法 - Google Patents
一种基于旋转大幅宽光学成像的像移分析计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110243345A CN110243345A CN201910414285.6A CN201910414285A CN110243345A CN 110243345 A CN110243345 A CN 110243345A CN 201910414285 A CN201910414285 A CN 201910414285A CN 110243345 A CN110243345 A CN 110243345A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- target
- camera
- object space
- roll
- picture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
- G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
- G01C11/025—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures by scanning the object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于旋转大幅宽光学成像的像移分析计算方法,发明所述一种基于旋转大幅宽光学成像的像移计算方法,该方法基于新型旋转扫描成像方式,分析旋转扫描成像过程中像移的产生机制,建立旋转成像方式下的像移计算模型,通过该模型可以完成像移分析,为旋转成像的像移补偿提供可靠依据,有效提高成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及到光学遥感相机成像领域,具体指一种应用于旋转大幅宽光学成像的像移分析计算方法。
背景技术
当今光学遥感相机日益朝着大幅宽高分辨率的方向发展,而光学相机的视场与分辨率是相互制约的。
目前通用的光学遥感相机增大成像幅宽的成像方法有:多星组网、卫星快速机动、多相机组合、多CCD探测器拼接、摆扫成像。其中前四种方案虽然一定程度上增大了成像幅宽,但同时也大大增加了***的数量、体积、重量、功耗,硬件成本巨大,摆扫成像利用时间分辨率换取空间分辨率,具有有效幅宽大、成像分辨率高的优点,是高分辨率光学遥感器对地宽幅成像的有效手段。
除了以上增大幅宽的方法,还有一种新型的旋转成像方式,其视线指向在地面成像的轨迹为螺线管形状。这种旋转成像方式不但可以实现宽幅扫描,而且由于其无需像摆扫成像一样机构来回往返运动,所以极大地降低了控制的难度。比如,圆迹SAR就是通过旋转成像方式实现了360°广域快速成像。如果能实现旋转成像在光学遥感相机中的应用,必然会促进广域成像***性能的极大提升。
然而,旋转成像过程中的像移使得像质下降,极低分辨率的图像无法发挥大幅宽的优势。因此,要在旋转大幅宽光学成像的同时保证一定的分辨率,必须实现可靠的像移补偿。目前国内外对于星下点、侧摆摄影的像移模型已经有一系列研究,但是针对旋转成像这种新型成像方式的像移的分析还没有相应的研究。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的上述空白,解决旋转成像过程中的像移问题,提出一种基于旋转大幅宽光学成像的像移计算方法。
本发明所述一种基于旋转大幅宽光学成像的像移计算方法,该方法将基于像移产生的原理,分析旋转成像过程中像移的产生机制,建立相应的像移计算模型,为像移补偿提供技术支持。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:
设定相机旋转运动实现方式多样。旋转成像的扫描视轴倾斜,与竖直方向形成一个夹角。如图1所示,相机视轴在地面上扫描轨迹为圆弧,旋转扫描运动加上整个光学***的匀速平动,在地面产生螺线管式的扫描图形。
步骤一:旋转成像过程中目标与相机之间的相对运动,主要有四种运动形式:卫星向前飞行、相机旋转扫描、目标随地球自转、卫星姿态变化(俯仰、偏航、横滚),分别求解四项运动带来的目标物方移动速度。
步骤二:对四项运动带来的目标物方移动速度分别正交分解,得到沿轨方向和垂轨方向的分量,将沿轨分量和垂轨分量分别进行四项的矢量叠加,得到目标物方移动速度的沿轨分量Vt和垂轨分量Vr。
步骤三:求解目标点处在沿轨方向和垂轨方向的地面像元分辨率,目标在物方移动速度与地面像元分辨率的比值就是目标点的像移速度,以单位时间内发生位移的像元数目计。
步骤一中,首先,卫星轨道运动带来的物方目标相对相机偏移速度方向沿卫星轨道飞行的相反方向。其中G为万有引力常量, M为地球质量,Re为地球半径,卫星轨道半径Rsat=Re+H,H为卫星轨道高度。
其次,相机旋转运动带来的物方目标相对相机偏移速度V2=ωR,方向沿扫描圆弧切向的相反方向。其中ω为相机旋转角速度,扫描半径R=Lsinα,ɑ为相机側摆安装角,L为相机投影中心到相机光轴与地面交点的距离
再次,地球自转带来的物方目标相对相机偏移速度V3=ωeRe,方向沿地球自转方向。其中ωe为地球自转角速度。
最后,卫星姿态变化带来的目标相对相机运动速度 Vpitch、Vroll、Vyaw分别为卫星姿态俯仰、横滚、偏航三种姿态带来的目标相对相机运动速度,方向分别为沿轨道方向、垂直于轨道方向、沿旋转扫描切向方向。其中,Φ'pitch、Φ'roll、Φ'yaw分别为卫星姿态俯仰角速度、横滚角速度、偏航角速度。
Vpitch=Φ′pitchL
Vroll=Φ′rollL
Vyaw=Φ′yaw R
步骤二中,对四项运动带来目标物方移动速度的沿轨分量和垂轨分量分别进行矢量叠加,即可得到目标物方移动速度的沿轨分量Vt和垂轨分量Vr,其中i0为轨赤交角。
Vt=V1cosωt+(Vpitchcosωt+Vrollsinωt+Vyaw)+V3·+V4cosi0cosωt+V4sini0sinωt
Vr=V1sinωt+(Vpitchsinωt+Vrollcosωt+0)+0+V4cosi0sinωt+V4sini0cosωt
步骤三中,目标点处在沿轨方向和垂轨方向的地面像元分辨率GSDt、GSDr分别为:
因此,沿轨方向和垂轨方向的像移速度分别为:
VNt=Vt/GSDt
VNr=Vr/GSDr
本发明与现有技术相比具有如下优点:
本发明针对旋转大幅宽光学成像方式,根据传统的像移分析方法,提出基于旋转扫描成像方式的像移分析方法,该方法可以有效计算像移,为像移补偿保证图像成像质量提供指导,为旋转大幅宽光学成像方法在大范围快速搜索目标的应用打下基础。
虽然旋转大幅宽光学成像具有超大幅宽的显著优势,但是像移的影响也使得其工程应用还有很长的距离。因此对其进行像移分析计算十分重要。目前已有的像移分析计算模型都是针对与推扫成像、摆扫成像等进行的,而对于这种新型的旋转成像方式,目前尚没有相关的像移分析研究。本发明方法简单可行,能成为推进旋转成像的工程应用的有力支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的方法基于的旋转成像过程示意图;
图2为旋转成像过程中卫星向前飞行、相机旋转扫描、目标随地球自转、卫星姿态变化四项运动产生像移过程示意图;
图3为卫星姿态变化产生像移示意图,其中(a)为俯仰产生像移示意图(b)为偏航产生像移示意图(c)为横滚产生像移示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
设定相机旋转运动实现方式多样。旋转成像的扫描视轴倾斜,与竖直方向形成一个夹角。如图1所示,相机视轴在地面上扫描轨迹为圆弧,旋转扫描运动加上整个光学***的匀速平动,在地面产生螺线管式的扫描图形。
步骤一:旋转成像过程中目标与相机之间的相对运动,主要有四种运动形式:卫星向前飞行、相机旋转扫描、目标随地球自转、卫星俯仰、偏航、横滚姿态变化,分别求解四项运动带来的目标物方移动速度。
步骤二:对四项运动带来的目标物方移动速度分别正交分解,得到沿轨方向和垂轨方向的分量,将沿轨分量和垂轨分量分别进行四项的矢量叠加,得到目标物方移动速度的沿轨分量Vt和垂轨分量Vr。
步骤三:求解目标点处在沿轨方向和垂轨方向的地面像元分辨率,目标在物方移动速度与地面像元分辨率的比值就是目标点的像移速度,以单位时间内发生位移的像元数目计。
步骤一中,首先,卫星轨道运动带来的物方目标相对相机偏移速度方向沿卫星轨道飞行的相反方向。其中G为万有引力常量, M为地球质量,Re为地球半径,卫星轨道半径Rsat=Re+H,H为卫星轨道高度。
其次,相机旋转运动带来的物方目标相对相机偏移速度V2=ωR,方向沿扫描圆弧切向的相反方向。其中ω为相机旋转角速度,扫描半径R=Lsinα,ɑ为相机側摆安装角,L为相机投影中心到相机光轴与地面交点的距离
再次,地球自转带来的物方目标相对相机偏移速度V3=ωeRe,方向沿地球自转方向。其中ωe为地球自转角速度。
最后,卫星姿态变化带来的目标相对相机运动速度 Vpitch、Vroll、Vyaw分别为卫星姿态俯仰、横滚、偏航三种姿态带来的目标相对相机运动速度,方向分别为沿轨道方向、垂直于轨道方向、沿旋转扫描切向方向。其中,Φ'pitch、Φ'roll、Φ'yaw分别为卫星姿态俯仰角速度、横滚角速度、偏航角速度。
Vpitch=Φ′pitchL
Vroll=Φ′rollL
Vyaw=Φ′yaw R
步骤二中,对四项运动带来目标物方移动速度的沿轨分量和垂轨分量分别进行矢量叠加,即可得到目标物方移动速度的沿轨分量Vt和垂轨分量Vr,其中i0为轨赤交角。
Vt=V1cosωt+(Vpitchcosωt+Vrollsinωt+Vyaw)+V3·+V4cosi0cosωt+V4sini0sinωt
Vr=V1sinωt+(Vpitchsinωt+Vrollcosωt+0)+0+V4cosi0sinωt+V4sini0cosωt
步骤三中,目标点处在沿轨方向和垂轨方向的地面像元分辨率GSDt、GSDr分别为:
因此,沿轨方向和垂轨方向的像移速度分别为:
VNt=Vt/GSDt
VNr=Vr/GSDr
以上所述,仅为本发明最佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种基于旋转大幅宽光学成像的像移分析方法,其特征在于,该方法由以下步骤实现:
步骤一:旋转成像过程中目标与相机之间的相对运动,主要有四种运动形式:卫星向前飞行、相机旋转扫描、目标随地球自转、卫星俯仰、偏航、横滚姿态变化,分别求解四项运动带来的目标物方移动速度。
步骤二:对四项运动带来的目标物方移动速度分别正交分解,得到沿轨方向和垂轨方向的分量,将沿轨分量和垂轨分量分别进行四项的矢量叠加,即可得到目标物方移动速度的沿轨分量和垂轨分量。
步骤三:求解目标点处在沿轨方向和垂轨方向的地面像元分辨率,目标在物方移动速度与地面像元分辨率的比值就是目标点的像移速度,以单位时间内发生位移的像元数目计。
2.根据权利要求1所述的一种基于旋转扫描大幅宽成像的像移分析方法,其特征在于:所述步骤一中,假设地面目标静止,卫星轨道运动带来的物方目标相对相机偏移速度方向沿卫星轨道飞行的相反方向。其中G为万有引力常量,M为地球质量,Re为地球半径,卫星轨道半径Rsat=Re+H,H为卫星轨道高度。
3.根据权利要求1所述的一种基于旋转扫描大幅宽成像的像移分析方法,其特征在于:所述步骤一中,相机旋转运动带来的物方目标相对相机偏移速度V2=ωR,方向沿扫描圆弧切向的相反方向。其中ω为相机旋转角速度,扫描半径R=Lsinα,ɑ为相机側摆安装角,L为相机投影中心到相机光轴与地面交点的距离
4.根据权利要求1所述的一种基于旋转扫描大幅宽成像的像移分析方法,其特征在于:所述步骤一中,地球自转带来的物方目标相对相机偏移速度V3=ωeRe,方向沿地球自转方向,其中ωe为地球自转角速度。
5.根据权利要求1所述的一种基于旋转扫描大幅宽成像的像移分析方法,其特征在于:所述步骤一中,卫星姿态变化带来的目标相对相机运动速度Vpitch、Vroll、Vyaw分别为卫星姿态俯仰、横滚、偏航三种姿态带来的目标相对相机运动速度,方向分别为沿轨道方向、垂直于轨道方向、沿旋转扫描切向方向。其中,Φ'pitch、Φ'roll、Φ'yaw分别为卫星姿态俯仰角速度、横滚角速度、偏航角速度。
Vpitch=Φ′pitchL
Vroll=Φ′rollL
Vyaw=Φ′yawR。
6.根据权利要求1,2所述的一种基于旋转扫描大幅宽成像的像移分析方法,其特征在于:所述步骤二中,对四项运动带来目标物方移动速度的沿轨分量和垂轨分量分别进行矢量叠加,即可得到目标物方移动速度的沿轨分量Vt和垂轨分量Vr,其中i0为轨赤交角。
Vt=V1cosωt+(Vpitchcosωt+Vrollsinωt+Vyaw)+V3·+V4cosi0cosωt+V4sini0sinωt
Vr=V1sinωt+(Vpitchsinωt+Vrollcosωt+0)+0+V4cosi0sinωt+V4sini0cosωt 。
7.根据权利要求1,2所述的一种基于旋转扫描大幅宽成像的像移分析方法,其特征在于:所述步骤三中,目标点处在沿轨方向和垂轨方向的地面像元分辨率GSDt、GSDr分别为:
。
8.根据权利要求1,2所述的一种基于旋转扫描大幅宽成像的像移分析方法,其特征在于:所述步骤三中,目标在物方移动速度与地面像元分辨率的比值就是目标点的像移速度,以单位时间内发生位移的像元数目计算:VN=V/GSD。因此目标点处,沿轨方向和垂轨方向的像移速度分别为:
VNt=Vt/GSDt
VNr=Vr/GSDr。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910414285.6A CN110243345A (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种基于旋转大幅宽光学成像的像移分析计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910414285.6A CN110243345A (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种基于旋转大幅宽光学成像的像移分析计算方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110243345A true CN110243345A (zh) | 2019-09-17 |
Family
ID=67884181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910414285.6A Pending CN110243345A (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种基于旋转大幅宽光学成像的像移分析计算方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110243345A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110986886A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种双相机动态旋转扫描立体成像的模拟装置 |
CN112989506A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-18 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种面阵旋转扫描航天相机成像***的参数设计方法 |
CN113781885A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种三自由度动态两维环扫空间成像的模拟装置 |
CN113933528A (zh) * | 2021-08-23 | 2022-01-14 | 航天东方红卫星有限公司 | 一种应用于天地基空间碎片监测平台的像移速度计算方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030185549A1 (en) * | 2000-08-31 | 2003-10-02 | Recon/Optical, Inc. | Dual band framing reconnaissance camera |
CN103115631A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-22 | 西安电子科技大学 | 遥感相机成像参数误差校正***及方法 |
CN107168005A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-09-15 | 上海微小卫星工程中心 | 基于旋转的大幅宽光学成像方法 |
CN108151711A (zh) * | 2017-03-01 | 2018-06-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种光学卫星环扫超宽幅成像方法 |
CN108444446A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种像移补偿方法及装置 |
-
2019
- 2019-05-17 CN CN201910414285.6A patent/CN110243345A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030185549A1 (en) * | 2000-08-31 | 2003-10-02 | Recon/Optical, Inc. | Dual band framing reconnaissance camera |
CN103115631A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-22 | 西安电子科技大学 | 遥感相机成像参数误差校正***及方法 |
CN108151711A (zh) * | 2017-03-01 | 2018-06-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种光学卫星环扫超宽幅成像方法 |
CN107168005A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-09-15 | 上海微小卫星工程中心 | 基于旋转的大幅宽光学成像方法 |
CN108444446A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种像移补偿方法及装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
宋明珠等: "航天相机环扫成像模式设计", 《红外与激光工程》 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110986886A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种双相机动态旋转扫描立体成像的模拟装置 |
CN112989506A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-18 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种面阵旋转扫描航天相机成像***的参数设计方法 |
CN113933528A (zh) * | 2021-08-23 | 2022-01-14 | 航天东方红卫星有限公司 | 一种应用于天地基空间碎片监测平台的像移速度计算方法 |
CN113933528B (zh) * | 2021-08-23 | 2023-07-14 | 航天东方红卫星有限公司 | 一种应用于天地基空间碎片监测平台的像移速度计算方法 |
CN113781885A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种三自由度动态两维环扫空间成像的模拟装置 |
CN113781885B (zh) * | 2021-09-16 | 2022-04-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种三自由度动态两维环扫空间成像的模拟装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110243345A (zh) | 一种基于旋转大幅宽光学成像的像移分析计算方法 | |
CN107152926B (zh) | 一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法 | |
CN108344396B (zh) | 一种敏捷卫星斜条带成像模式姿态计算方法 | |
CN106410410B (zh) | 一种具有物理水平平台的vsat天线***卫星捕获跟踪方法 | |
CN105934852B (zh) | 天线控制装置及天线装置 | |
CN104698849B (zh) | 敏捷卫星同轨条带无缝拼接姿态配准与成像匹配方法 | |
CN107505615A (zh) | 星载sar滑动聚束成像模式星体姿态设计方法 | |
CN106468552A (zh) | 一种基于机载光电平台的双机交会定位方法 | |
CN107702697B (zh) | Tdi相机垂轨旋转摆扫成像的行频计算方法 | |
CN105444781B (zh) | 星载自主引导成像地面验证方法 | |
CN109828362B (zh) | 一种基于整星快摆的超大幅宽成像方法 | |
CN106705962B (zh) | 一种获取导航数据的方法及*** | |
CN110986886A (zh) | 一种双相机动态旋转扫描立体成像的模拟装置 | |
CN105403888A (zh) | 采用波束指向控制的地球同步轨道圆迹sar成像方法 | |
CN102607531B (zh) | 空间低速高精度二维像移补偿指向控制*** | |
CN103076005A (zh) | 一种立体测绘与宽幅成像一体化的光学成像方法 | |
CN105043417A (zh) | 多目标连续成像偏流角补偿方法 | |
CN109768390A (zh) | 一种卫星动中通动态快速捕获方法 | |
CN103487032B (zh) | 低轨空间相机自由指向像移矢量计算方法 | |
CN105005310B (zh) | 一种沿斜条带成像的姿态调整方法 | |
CN103134492A (zh) | 基于点目标的敏捷成像卫星直线扫描条带预生成方法和卫星三轴姿态快速确定方法 | |
CN108444446A (zh) | 一种像移补偿方法及装置 | |
CN102706330B (zh) | 空间相机对地面异形条带目标拍摄的方法 | |
CN109470275B (zh) | 一种机动布站的光电经纬仪高精度自主定向方法 | |
CN110017833B (zh) | 基于像元类地模型的全屏像点地理坐标定位方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190917 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |