CN110363758A - 一种光学遥感卫星成像质量确定方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学遥感卫星成像质量确定方法及***。所述方法包括：获取点光源遥感影像计数值；点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的；依据点光源遥感影像计数值和光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；点扩散函数采用高斯模型表示；采用最小二乘法对响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值；依据像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。本发明能够提高对光学遥感卫星成像质量确定的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及航天光学遥感技术领域，特别是涉及一种光学遥感卫星成像质量确定方法及***。
背景技术
高分辨率卫星遥感影像可以更加清楚地表达地物目标的空间结构与表层纹理特征，有效解译地球***多圈层的物理参数与演变规律，在国民经济建设与国防安全等领域有着非常广阔的应用前景及重要意义。然而，高分辨率卫星遥感应用的广度与深度依赖于定标的支持，需要在卫星运行的全寿命期开展定期或不定期的几何定标(像点坐标提取)、空间分辨率与点扩散函数/调制传递函数检测等成像质量评价工作，确定相机在轨运行状态的内外方位元素、与镜头畸变参数等，以实现高精度定位与图像质量评价。
光学遥感卫星几何定标的核心任务是通过检测来求得相机高精度的内外方位元素，涉及地面控制点影像对应的像点坐标提取。目前采用自然地物(如道路交口)作为地面控制点的测量精度与星上位姿测量精度都达厘米量级，而控制点影像像点坐标提取的人工选点误差达0.5-1像素，测量软件中误差达0.3像素，无法与地面控制点坐标测量精度相匹配。从地面-卫星-相机三位一体的立体测绘来说，像点坐标提取精度极大限制卫星几何定标精度与准确性。无人机遥感制作高精度DEM或DOM，通过图像匹配提供丰富大量的控制点，但是DOM与卫星影像的获取时间、比例尺、配准等方面存在差异，需要附加几何约束实现图像匹配，如手动选取少量图像控制点，而图像控制点又选自地物目标(或地面控制点)，因此均匀分布的地面控制点是高精度几何定标的必然要求，另外地形地貌更新速度频繁，而实时更新DEM或DOM的代价也比较高，如何提高地面控制点遥感影像的像点坐标提取精度是高精度几何定标的难题。
因此，亟待一种光学遥感卫星的高精度图像质量确定方法，以实现地面控制点影像的高精度像点提取，进而实现高分卫星相机图像质量评价。
发明内容
基于此，有必要提供一种光学遥感卫星成像质量确定方法及***，以提高对光学遥感卫星成像质量确定的准确度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种光学遥感卫星成像质量确定方法，包括：
获取点光源遥感影像计数值；所述点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；所述点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的；
依据所述点光源遥感影像计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；所述点扩散函数采用高斯模型表示；
采用最小二乘法对所述响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值；
依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。
可选的，所述依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量，具体包括：
依据所述像点坐标值、点光源地面坐标和卫星位姿参数，确定光学遥感卫星的成像质量。
可选的，所述依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量，具体包括：
获取地面多个点光源信息；所述点光源信息为点光源中心的东北天坐标；
依据所述地面点光源信息计算点光源中心的地面间距；
依据所述像点坐标值，计算点光源像点间距；
计算光学遥感卫星的空间分辨率；所述空间分辨率为所述点光源中心的地面间距与所述点光源像点间距的比值；
依据所述空间分辨率确定光学遥感卫星的成像质量，或依据所述像点坐标值和所述空间分辨率确定光学遥感卫星的成像质量。
可选的，所述依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量，具体包括：
依据所述像点坐标值，对所述点光源遥感影像的计数值进行位置配准，得到配准后的计数值；
依据所述配准后的计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建配准响应值目标函数；
采用最小二乘法对所述配准响应值目标函数进行求解，确定所述配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯模型参数值；
对确定高斯模型参数值后的点扩散函数进行傅里叶变换处理，得到所述光学遥感卫星成像***的调制传递函数；
根据所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量，或根据所述像点坐标值和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量。
可选的，所述依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量，具体包括：
获取地面多个点光源信息；所述点光源信息为点光源中心的东北天坐标；
依据所述地面点光源信息计算点光源中心的地面间距；
依据所述像点坐标值，计算点光源像点间距；
计算光学遥感卫星的空间分辨率；所述空间分辨率为所述点光源中心的地面间距与所述点光源像点间距的比值；
依据所述像点坐标值，对所述点光源遥感影像的计数值进行位置配准，得到配准后的计数值；
依据所述配准后的计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建配准响应值目标函数；
采用最小二乘法对所述配准响应值目标函数进行求解，确定所述配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯模型参数值；
对确定高斯模型参数值后的点扩散函数进行离散傅里叶变换处理，得到所述光学遥感卫星成像***的调制传递函数；
依据所述空间分辨率和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量，或依据所述像点坐标值、所述空间分辨率和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量。
可选的，所述响应值目标函数，具体为：
其中，εmin表示响应值目标函数，I(xi,yj)表示点光源遥感影像计数值，(xi0,yj0)表示I(xi,yj)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k1、σ1、ζ1和b1表示响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
可选的，所述空间分辨率，具体为：
其中，Dgsd表示空间分辨率，(Xi,Yj,Zk)表示点光源中心的东北天坐标，(xi0,yj0)表示与点光源遥感影像计数值对应的像点坐标值，(Xi+1,Yj+1,Zk+1)表示下一个点光源中心的东北天坐标，(xi0+1,yj0+1)表示与下一个点光源遥感影像计数值对应的像点坐标值。
可选的，所述配准响应值目标函数，具体为：
其中，εmin′表示配准响应值目标函数，I(xi′,yj′)表示配准后的计数值，(xi0′,yj0′)表示I(xi′,yj′)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k2、σ2、ζ2和b2表示配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
可选的，所述调制传递函数，具体为：
其中，FMTE(ν,ξ)表示调制传递函数，(ν,ξ)表示频率坐标，(xi0′,yj0′)表示与配准后的计数值对应的像点坐标值，σ2和ζ2表示配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值，DFT表示离散傅里叶变换运算符。
本发明还提供了一种光学遥感卫星成像质量确定***，包括：
数据获取模块，用于获取点光源遥感影像计数值；所述点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；所述点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的；
目标函数构建模块，用于依据所述点光源遥感影像计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；所述点扩散函数采用高斯模型表示；
求解模块，用于采用最小二乘法对所述响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值；
成像质量确定模块，用于依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种光学遥感卫星成像质量确定方法及***，所述方法包括：获取点光源遥感影像计数值；点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的；依据点光源遥感影像计数值和光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；点扩散函数采用高斯模型表示；采用最小二乘法对响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值；依据像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。采用本发明的方法或***，以地面布设的自动化反射式点光源目标为检测参照，并匹配专门的像点坐标提取方法，实现了精度优于0.05像素的点光源像点坐标提取，进而实现了高分卫星相机图像质量评价，提高了对光学遥感卫星成像质量确定的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1一种光学遥感卫星成像质量确定方法的流程图；
图2为本发明实施例1点光源的布设位置示意图；
图3为本发明实施例2点光源的另一种布设位置示意图；
图4为本发明实施例3点光源的另一种布设位置示意图；
图5为本发明实施例5一种光学遥感卫星成像质量确定***的结构示意图。
具体实施方式
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1一种光学遥感卫星成像质量确定方法的流程图。
参见图1，本实施例的光学遥感卫星成像质量确定方法，包括：
步骤S1：获取点光源遥感影像计数值；所述点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；所述点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的。
本实施例中，所述点光源为圆周对称的自动化反射式点光源，主要由反射镜、太阳观察器、电控经纬仪及辅助设备等组成，作为点光源的反射镜尺度远小于光学遥感卫星米量级的空间分辨率，辐射强度远大于定标场背景并处于遥感器响应高端且不饱和。点光源的布设位置如图2所示。参见图2，沿着遥感器线阵方向布设至少6个点光源，6个点光源均匀分布于光学遥感卫星的幅宽范围内，用于作为几何定标(像点坐标提取)的地面控制点。
步骤S2：依据所述点光源遥感影像计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；所述点扩散函数采用高斯模型表示。
所述响应值目标函数，具体为：
其中，εmin表示响应值目标函数，I(xi,yj)表示点光源遥感影像计数值，(xi0,yj0)表示I(xi,yj)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k1、σ1、ζ1和b1表示响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
步骤S3：采用最小二乘法对所述响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值。
步骤S4：依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。
本实施例中，步骤S4具体为：依据所述像点坐标值、点光源地面坐标和卫星位姿参数，确定光学遥感卫星的成像质量。
本实施例中，响应值目标函数的推导过程如下：
根据光学原理及傅里叶光学可知，对于线性位移不变成像***，光学遥感卫星的成像关系可表示为：
g(x,y)＝f(x,y)*h(x,y)+b，
其中，(x,y)是像素坐标，g(x,y)是遥感影像，f(x,y)是地物目标场景，*是卷积运算符，h(x,y)是***点扩散函数，b是背景值。
当目标场景为点光源时即f(x,y)＝δ(x,y)，由卷积定理可得，光学遥感卫星相机的成像关系即上述公式可化简为：g(x,y)＝h(x,y)+b。此时遥感器成像***的输出表现为其自身的特性即点扩散函数。
光学遥感卫星的成像***主要由前置光学子***、电子学子***、焦平面探测器等部分组成，根据***组成模型分析，遥感器成像***的点扩散函数可采用高斯模型近似表示，因此高分辨率光学遥感卫星的点扩散函数可近似采用高斯模型来表达，故光学遥感卫星成像***对地面点光源目标的遥感影像可表示为：
其中，k是系数因子，(x0,y0)是中心位置，也就是像点坐标，σ与是标准偏差。
基于此，构建响应值目标函数如下：
通过光学遥感卫星成像***的物像关系，结合在轨检测的地面点光源目标设置及其遥感影像，通过最小二乘法拟合来获取***点扩散函数，进而获取地面控制点光源目标对应的遥感影像的像点坐标(xi0,yj0)。
本实施例中的光学遥感卫星成像质量确定方法，以地面布设的自动化反射式点光源目标为检测参照，并匹配专门的像点坐标提取方法，(将点光源卫星遥感影像的计数值与高斯模型相结合，通过最小二乘法求得点光源影像的像点坐标)从而将点光源地面坐标、点光源像点坐标、卫星位姿参数等相结合，根据共线方程对光学遥感卫星进行高精度的几何定标。该方法实现了精度优于0.05像素的点光源像点坐标提取，提高了地面控制点影像像点提取的精度，进而实现了光学遥感卫星的自动化几何定标与像质评价，提高了对光学遥感卫星成像质量确定的准确度。
实施例2
本实施例的光学遥感卫星成像质量确定方法，包括：
步骤S1：获取点光源遥感影像计数值；所述点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；所述点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的。
本实施例中，所述点光源为圆周对称的自动化反射式点光源，主要由反射镜、太阳观察器、电控经纬仪及辅助设备等组成，作为点光源的反射镜尺度远小于光学遥感卫星米量级的空间分辨率，辐射强度远大于定标场背景并处于遥感器响应高端且不饱和。点光源的布设位置如图2所示。参见图2，沿着遥感器线阵方向布设至少6个点光源，6个点光源均匀分布于光学遥感卫星的幅宽范围内，用于作为几何定标(像点坐标提取)的地面控制点。
与上述实施例1不同的是，本实施例中的点光源的布设位置还可以如图3所示。参见图3，点光源的布设还可以为：分别沿着遥感器线阵方形与飞行方向布设至少5个点光源，每两个点光源的间距d1大于10像素。
步骤S2：依据所述点光源遥感影像计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；所述点扩散函数采用高斯模型表示。
所述响应值目标函数，具体为：
其中，εmin表示响应值目标函数，I(xi,yj)表示点光源遥感影像计数值，(xi0,yj0)表示I(xi,yj)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k1、σ1、ζ1和b1表示响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
步骤S3：采用最小二乘法对所述响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值。
步骤S4：依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。
与上述实施例1不同的是，本实施例中，步骤S4，具体为：
1)获取地面多个点光源信息；所述点光源信息为点光源中心的东北天坐标(East-North-Up coordinate或ENU coordinate)。所述点光源信息可通过RTK-GPS高精度测量得到。
2)依据所述地面点光源信息计算点光源中心的地面间距。
3)依据所述像点坐标值，计算点光源像点间距。
4)计算光学遥感卫星的空间分辨率；所述空间分辨率为所述点光源中心的地面间距与所述点光源像点间距的比值。
所述空间分辨率，具体为：
其中，Dgsd表示空间分辨率，(Xi,Yj,Zk)表示点光源中心的东北天坐标，(xi0,yj0)表示与点光源遥感影像计数值对应的像点坐标值，(Xi+1,Yj+1,Zk+1)表示下一个点光源中心的东北天坐标，(xi0+1,yj0+1)表示与下一个点光源遥感影像计数值对应的像点坐标值。
5)依据所述空间分辨率确定光学遥感卫星的成像质量，或依据所述像点坐标值和所述空间分辨率确定光学遥感卫星的成像质量。
本实施例中将空间分辨率作为质量确定的另一个指标，空间分辨率是决定成像***性能的一种基本度量，是卫星相机目标获取能力的重要参数，即光学遥感卫星相机能分辨地物目标的最小细节。
当仅采用空间分辨率确定光学遥感卫星的成像质量时，本实施例具有以下优点：空间分辨率也是遥感卫星成像***图像质量和目标获取能力的重要参数，目前通常采用周期靶标法与辐射状靶标法等分辨率检测方法。周期靶标法以高对比度的三线靶标作为参照，仅能够定性地判断遥感器空间分辨率与定量地获取奈奎斯特频率处调制传递函数，易受大气状况影响而产生较大误差。辐射状靶标法以高对比度的宽度渐变的辐射状辐条靶标作为参照目标，检测遥感器空间分辨率与调制传递函数，但是需要人工主观判断遥感影像的“可分辨-不可分辨”位置，存在较大误差。而本实施例中通过地面点光源目标中心坐标测量与地面间距计算，点光源遥感影像的高精度像点坐标提取与像点间距计算，进而实现光学遥感卫星相机工作状态下空间分辨率的高精度定量检测。
当仅采用像点坐标值和空间分辨率共同确定光学遥感卫星的成像质量时，本实施例具有以下优点：以地面布设的自动化反射式点光源目标为检测参照，并匹配专门的像点坐标提取方法，实现精度优于0.05像素的点光源像点坐标提取，进而实现光学遥感卫星的自动化几何定标与像质评价；通过地面点光源目标中心坐标测量与地面间距计算，点光源遥感影像的高精度像点坐标提取与像点间距计算，进而实现光学遥感卫星相机工作状态下空间分辨率的高精度定量检测。本实施例在提高地面控制点影像像点提取的精度的同时，提高了空间分辨率的检测的精度，实现了从像点提取和空间分辨率检测两个方面的评价，相对于单一评价指标，进一步提高了对光学遥感卫星成像质量确定的准确度。
实施例3
本实施例的光学遥感卫星成像质量确定方法，包括：
步骤S1：获取点光源遥感影像计数值；所述点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；所述点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的。
本实施例中，所述点光源为圆周对称的自动化反射式点光源，主要由反射镜、太阳观察器、电控经纬仪及辅助设备等组成，作为点光源的反射镜尺度远小于光学遥感卫星米量级的空间分辨率，辐射强度远大于定标场背景并处于遥感器响应高端且不饱和。点光源的布设位置如图2所示。参见图2，沿着遥感器线阵方向布设至少6个点光源，6个点光源均匀分布于光学遥感卫星的幅宽范围内，用于作为几何定标(像点坐标提取)的地面控制点。
与上述实施例不同的是，本实施例中的点光源的布设位置还可以如图4所示。参见图4，点光源的布设还可以为：点光源布设为为非整数像素的4×4循环阵列，间隔d2大于5.25像素。
步骤S2：依据所述点光源遥感影像计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；所述点扩散函数采用高斯模型表示。
所述响应值目标函数，具体为：
其中，εmin表示响应值目标函数，I(xi,yj)表示点光源遥感影像计数值，(xi0,yj0)表示I(xi,yj)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k1、σ1、ζ1和b1表示响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
步骤S3：采用最小二乘法对所述响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值。
步骤S4：依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。
与上述实施例不同的是，本实施例中，步骤S4具体为：
1)依据所述像点坐标值，对所述点光源遥感影像的计数值进行位置配准，得到配准后的计数值。具体的，根据点光源像点坐标值将所有点光源影像的计数值平移至公共参考坐标，从而将点光源响应值进行位置配准，得光学遥感卫星成像***的离散点扩散轮廓，即得到配准后的计数值。
2)依据所述配准后的计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建配准响应值目标函数。
所述配准响应值目标函数，具体为：
其中，εmin′表示配准响应值目标函数，I(xi′,yj′)表示配准后的计数值，(xi0′,yj0′)表示I(xi′,yj′)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k2、σ2、ζ2和b2表示配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
3)采用最小二乘法对所述配准响应值目标函数进行求解，确定所述配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯模型参数值。
4)对确定高斯模型参数值后的点扩散函数进行傅里叶变换处理，得到所述光学遥感卫星成像***的调制传递函数。
所述调制传递函数，具体为：
其中，FMTE(ν,ξ)表示调制传递函数，(ν,ξ)表示频率坐标，(xi0′,yj0′)表示与配准后的计数值对应的像点坐标值，σ2和ζ2表示配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值，DFT表示离散傅里叶变换运算符。
5)根据所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量，或根据所述像点坐标值和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量。
本实施例中将调制传递函数作为质量确定的另一个指标，调制传递函数也是光学遥感卫星像质评价的重要参数，可以用来评估卫星相机在获取遥感影像过程中正确辨别物体的能力，在小尺度目标识别与判读、信息解译与提取等高分遥感资源的应用上具有重要价值。光学遥感卫星成像质量评价在自然资源调查、生态环境保护、应急管理策划、测绘制图与城市规划等国民经济建设与国防安全各领域有着广阔的应用前景和重要意义。
当仅采用调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量时，本实施例具有以下优点：现有的通常采用刃边法与脉冲法等调制传递函数检测方法。刃边法中，由于刃边目标本身并不包含多种频率成分，需求导恢复出各个频率，易受噪声干扰而引入额外误差，降低了刃边法在轨点扩散函数/调制传递函数检测精度，特别是奈奎斯特频率处调制传递函数值。脉冲法参照目标存在零频率点，同样易受噪声及脉冲目标宽度等影响而降低调制传递函数的检测精度。无论刃边法或脉冲法，都是一种光学遥感卫星在轨一维点扩散函数/调制传递函数的间接检测方法。本实施例中，按照调制传递函数定义进行的直接检测方法，可以同时实现光学遥感卫星相机工作状态下的二维点扩散函数/调制传递函数检测，提高了调制传递函数检测的精度，进而提高对光学遥感卫星成像质量确定的准确度。
当仅采用像点坐标值和调制传递函数共同确定光学遥感卫星的成像质量时，本实施例具有以下优点：以地面布设的自动化反射式点光源目标为检测参照，并匹配专门的像点坐标提取方法，实现精度优于0.05像素的点光源像点坐标提取，进而实现光学遥感卫星的自动化几何定标与像质评价；按照点扩散函数/调制传递函数定义进行的直接检测方法，可以同时实现光学遥感卫星相机工作状态下的二维点扩散函数/调制传递函数检测。本实施例在提高地面控制点影像像点提取的精度的同时，提高了调制传递函数检测的精度，实现了从像点提取和调制传递函数检测两个方面的评价，相对于单一评价指标，进一步提高了对光学遥感卫星成像质量确定的准确度。
实施例4
本实施例的光学遥感卫星成像质量确定方法，包括：
步骤S1：获取点光源遥感影像计数值；所述点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；所述点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的。
本实施例中，所述点光源为圆周对称的自动化反射式点光源，主要由反射镜、太阳观察器、电控经纬仪及辅助设备等组成，作为点光源的反射镜尺度远小于光学遥感卫星米量级的空间分辨率，辐射强度远大于定标场背景并处于遥感器响应高端且不饱和。点光源的布设位置如图2所示。参见图2，沿着遥感器线阵方向布设至少6个点光源，6个点光源均匀分布于光学遥感卫星的幅宽范围内，用于作为几何定标(像点坐标提取)的地面控制点。
步骤S2：依据所述点光源遥感影像计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；所述点扩散函数采用高斯模型表示。
所述响应值目标函数，具体为：
其中，εmin表示响应值目标函数，I(xi,yj)表示点光源遥感影像计数值，(xi0,yj0)表示I(xi,yj)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k1、σ1、ζ1和b1表示响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
步骤S3：采用最小二乘法对所述响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值。
步骤S4：依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。
与上述实施例不同的是，本实施例中，步骤S4具体为：
1)获取地面多个点光源信息；所述点光源信息为点光源中心的东北天坐标。
2)依据所述地面点光源信息计算点光源中心的地面间距。
3)依据所述像点坐标值，计算点光源像点间距。
4)计算光学遥感卫星的空间分辨率；所述空间分辨率为所述点光源中心的地面间距与所述点光源像点间距的比值。
所述空间分辨率，具体为：
其中，Dgsd表示空间分辨率，(Xi,Yj,Zk)表示点光源中心的东北天坐标，(xi0,yj0)表示与点光源遥感影像计数值对应的像点坐标值，(Xi+1,Yj+1,Zk+1)表示下一个点光源中心的东北天坐标，(xi0+1,yj0+1)表示与下一个点光源遥感影像计数值对应的像点坐标值。
5)依据所述像点坐标值，对所述点光源遥感影像的计数值进行位置配准，得到配准后的计数值。
6)依据所述配准后的计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建配准响应值目标函数。
所述配准响应值目标函数，具体为：
其中，εmin′表示配准响应值目标函数，I(xi′,yj′)表示配准后的计数值，(xi0′,yj0′)表示I(xi′,yj′)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k2、σ2、ζ2和b2表示配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
7)采用最小二乘法对所述配准响应值目标函数进行求解，确定所述配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯模型参数值。
8)对确定高斯模型参数值后的点扩散函数进行离散傅里叶变换处理，得到所述光学遥感卫星成像***的调制传递函数。
所述调制传递函数，具体为：
其中，FMTE(ν,ξ)表示调制传递函数，(ν,ξ)表示频率坐标，(xi0′,yj0′)表示与配准后的计数值对应的像点坐标值，σ2和ζ2表示配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值，DFT表示离散傅里叶变换运算符。
9)依据所述空间分辨率和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量，或依据所述像点坐标值、所述空间分辨率和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量。
本实施例以地面布设的自动化反射式点光源目标为检测参照，并匹配专门的像点坐标提取方法，实现精度优于0.05像素的点光源像点坐标提取，进而实现光学遥感卫星的自动化几何定标与像质评价；通过地面点光源目标中心坐标测量与地面间距计算，点光源遥感影像的高精度像点坐标提取与像点间距计算，进而实现光学遥感卫星相机工作状态下空间分辨率的高精度定量检测；按照点扩散函数/调制传递函数定义进行的直接检测方法，可以同时实现光学遥感卫星相机工作状态下的二维点扩散函数/调制传递函数检测。本实施例提高了地面控制点影像像点提取的精度，提高了空间分辨率与调制传递函数检测的精度，实现了从像点提取、空间分辨率检测和调制传递函数检测三个方面的评价，相对于单一评价指标和两个评价指标，进一步提高了对光学遥感卫星成像质量确定的准确度。
实施例5
本发明还提供了一种光学遥感卫星成像质量确定***，图5为本发明实施例5一种光学遥感卫星成像质量确定***的结构示意图。
参见图5，实施例的光学遥感卫星成像质量确定***包括：
数据获取模块501，用于获取点光源遥感影像计数值；所述点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；所述点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的。
目标函数构建模块502，用于依据所述点光源遥感影像计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；所述点扩散函数采用高斯模型表示。
求解模块503，用于采用最小二乘法对所述响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值。
成像质量确定模块504，用于依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。
作为一种可选的实施方式，所述成像质量确定模块504，具体包括：
第一成像质量确定单元，用于依据所述像点坐标值、点光源地面坐标和卫星位姿参数，确定光学遥感卫星的成像质量。
作为一种可选的实施方式，所述成像质量确定模块504，具体包括：
光源信息获取单元，用于获取地面多个点光源信息；所述点光源信息为点光源中心的东北天坐标。
第一间距计算单元，用于依据所述地面点光源信息计算点光源中心的地面间距。
第二间距计算单元，用于依据所述像点坐标值，计算点光源像点间距。
空间分辨率计算单元，用于计算光学遥感卫星的空间分辨率；所述空间分辨率为所述点光源中心的地面间距与所述点光源像点间距的比值。
第二成像质量确定单元，用于依据所述空间分辨率确定光学遥感卫星的成像质量，或依据所述像点坐标值和所述空间分辨率确定光学遥感卫星的成像质量。
作为一种可选的实施方式，所述成像质量确定模块504，具体包括：
配准单元，用于依据所述像点坐标值，对所述点光源遥感影像的计数值进行位置配准，得到配准后的计数值。
函数构建单元，用于依据所述配准后的计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建配准响应值目标函数。
求解单元，用于采用最小二乘法对所述配准响应值目标函数进行求解，确定所述配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯模型参数值。
傅里叶变换处理单元，用于对确定高斯模型参数值后的点扩散函数进行傅里叶变换处理，得到所述光学遥感卫星成像***的调制传递函数。
第三成像质量确定单元，用于根据所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量，或根据所述像点坐标值和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量。
作为一种可选的实施方式，所述成像质量确定模块504，具体包括：
光源信息获取单元，用于获取地面多个点光源信息；所述点光源信息为点光源中心的东北天坐标。
第一间距计算单元，用于依据所述地面点光源信息计算点光源中心的地面间距。
第二间距计算单元，用于依据所述像点坐标值，计算点光源像点间距。
空间分辨率计算单元，用于计算光学遥感卫星的空间分辨率；所述空间分辨率为所述点光源中心的地面间距与所述点光源像点间距的比值。
配准单元，用于依据所述像点坐标值，对所述点光源遥感影像的计数值进行位置配准，得到配准后的计数值。
函数构建单元，用于依据所述配准后的计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建配准响应值目标函数。
求解单元，用于采用最小二乘法对所述配准响应值目标函数进行求解，确定所述配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯模型参数值。
傅里叶变换处理单元，用于对确定高斯模型参数值后的点扩散函数进行傅里叶变换处理，得到所述光学遥感卫星成像***的调制传递函数。
第四成像质量确定单元，用于依据所述空间分辨率和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量，或依据所述像点坐标值、所述空间分辨率和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量。
作为一种可选的实施方式，所述响应值目标函数，具体为：
其中，εmin表示响应值目标函数，I(xi,yj)表示点光源遥感影像计数值，(xi0,yj0)表示I(xi,yj)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k1、σ1、ζ1和b1表示响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
作为一种可选的实施方式，所述空间分辨率，具体为：
其中，Dgsd表示空间分辨率，(Xi,Yj,Zk)表示点光源中心的东北天坐标，(xi0,yj0)表示与点光源遥感影像计数值对应的像点坐标值，(Xi+1,Yj+1,Zk+1)表示下一个点光源中心的东北天坐标，(xi0+1,yj0+1)表示与下一个点光源遥感影像计数值对应的像点坐标值。
作为一种可选的实施方式，所述配准响应值目标函数，具体为：
其中，εmin′表示配准响应值目标函数，I(xi′,yj′)表示配准后的计数值，(xi0′,yj0′)表示I(xi′,yj′)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k2、σ2、ζ2和b2表示配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
作为一种可选的实施方式，所述调制传递函数，具体为：
其中，FMTE(ν,ξ)表示调制传递函数，(ν,ξ)表示频率坐标，(xi0′,yj0′)表示与配准后的计数值对应的像点坐标值，σ2和ζ2表示配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值，DFT表示离散傅里叶变换运算符。
本实施例的光学遥感卫星成像质量确定***，能够提高对光学遥感卫星成像质量确定的准确度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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 (10)
1.一种光学遥感卫星成像质量确定方法，其特征在于，包括：
获取点光源遥感影像计数值；所述点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；所述点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的；
依据所述点光源遥感影像计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；所述点扩散函数采用高斯模型表示；
采用最小二乘法对所述响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值；
依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。
2.根据权利要求1所述的一种光学遥感卫星成像质量确定方法，其特征在于，所述依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量，具体包括：
依据所述像点坐标值、点光源地面坐标和卫星位姿参数，确定光学遥感卫星的成像质量。
3.根据权利要求1所述的一种光学遥感卫星成像质量确定方法，其特征在于，所述依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量，具体包括：
获取地面多个点光源信息；所述点光源信息为点光源中心的东北天坐标；
依据所述地面点光源信息计算点光源中心的地面间距；
依据所述像点坐标值，计算点光源像点间距；
计算光学遥感卫星的空间分辨率；所述空间分辨率为所述点光源中心的地面间距与所述点光源像点间距的比值；
依据所述空间分辨率确定光学遥感卫星的成像质量，或依据所述像点坐标值和所述空间分辨率确定光学遥感卫星的成像质量。
4.根据权利要求1所述的一种光学遥感卫星成像质量确定方法，其特征在于，所述依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量，具体包括：
依据所述像点坐标值，对所述点光源遥感影像的计数值进行位置配准，得到配准后的计数值；
依据所述配准后的计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建配准响应值目标函数；
采用最小二乘法对所述配准响应值目标函数进行求解，确定所述配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯模型参数值；
对确定高斯模型参数值后的点扩散函数进行傅里叶变换处理，得到所述光学遥感卫星成像***的调制传递函数；
根据所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量，或根据所述像点坐标值和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量。
5.根据权利要求1所述的一种光学遥感卫星成像质量确定方法，其特征在于，所述依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量，具体包括：
获取地面多个点光源信息；所述点光源信息为点光源中心的东北天坐标；
依据所述地面点光源信息计算点光源中心的地面间距；
依据所述像点坐标值，计算点光源像点间距；
计算光学遥感卫星的空间分辨率；所述空间分辨率为所述点光源中心的地面间距与所述点光源像点间距的比值；
依据所述像点坐标值，对所述点光源遥感影像的计数值进行位置配准，得到配准后的计数值；
依据所述配准后的计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建配准响应值目标函数；
采用最小二乘法对所述配准响应值目标函数进行求解，确定所述配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯模型参数值；
对确定高斯模型参数值后的点扩散函数进行离散傅里叶变换处理，得到所述光学遥感卫星成像***的调制传递函数；
依据所述空间分辨率和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量，或依据所述像点坐标值、所述空间分辨率和所述调制传递函数确定光学遥感卫星的成像质量。
6.根据权利要求1所述的一种光学遥感卫星成像质量确定方法，其特征在于，所述响应值目标函数，具体为：
其中，εmin表示响应值目标函数，I(xi,yj)表示点光源遥感影像计数值，(xi0,yj0)表示I(xi,yj)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k1、σ1、ζ1和b1表示响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
7.根据权利要求3或5所述的一种光学遥感卫星成像质量确定方法，其特征在于，所述空间分辨率，具体为：
其中，Dgsd表示空间分辨率，(Xi,Yj,Zk)表示点光源中心的东北天坐标，(xi0,yj0)表示与点光源遥感影像计数值对应的像点坐标值，(Xi+1,Yj+1,Zk+1)表示下一个点光源中心的东北天坐标，(xi0+1,yj0+1)表示与下一个点光源遥感影像计数值对应的像点坐标值。
8.根据权利要求4或5所述的一种光学遥感卫星成像质量确定方法，其特征在于，所述配准响应值目标函数，具体为：
其中，εmin′表示配准响应值目标函数，I(xi′,yj′)表示配准后的计数值，
(xi0′,yj0′)表示I(xi′,yj′)对应的像点坐标值，n表示像点横坐标终止值，m表示像点纵坐标终止值，k2、σ2、ζ2和b2表示配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值。
9.根据权利要求4或5所述的一种光学遥感卫星成像质量确定方法，其特征在于，所述调制传递函数，具体为：
其中，FMTE(ν,ξ)表示调制传递函数，(ν,ξ)表示频率坐标，(xi0′,yj0′)表示与配准后的计数值对应的像点坐标值，σ2和ζ2表示配准响应值目标函数对应的点扩散函数的高斯参数值，DFT表示离散傅里叶变换运算符。
10.一种光学遥感卫星成像质量确定***，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取点光源遥感影像计数值；所述点光源为布设在地面的自动化反射式点光源；所述点光源遥感影像计数值是由光学遥感卫星成像***得到的；
目标函数构建模块，用于依据所述点光源遥感影像计数值和所述光学遥感卫星成像***的点扩散函数，构建响应值目标函数；所述点扩散函数采用高斯模型表示；
求解模块，用于采用最小二乘法对所述响应值目标函数进行求解，得到点光源遥感影像的像点坐标值；
成像质量确定模块，用于依据所述像点坐标值，确定光学遥感卫星的成像质量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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