拼接型TDI CCD卫星推扫影像几何模型研究

摘要

拼接型TDI CCD卫星推扫影像是指由星载拼接型TDI CCD相机推扫获取的光学遥感影像。拼接型TDI CCD相机是指按一定方式将多片TDI CCD拼接而形成的组合式光学遥感相机。该类相机可兼顾地面分辨率、地面覆盖宽度、成像灵敏度以及信噪比等技术指标，正逐步替代传统线阵CCD相机，成为航天光学遥感器的主流。本文以“天绘一号”01星、02星高分相机为实例，针对拼接型TDI CCD卫星影像的几何处理，围绕原始影像严格几何模型构建、在轨几何标定以及分片影像拼接等内容展开研究。
　　本研究主要内容包括：⑴在研究时空基准和姿轨测量原理的基础上，设计了拼接型TDI CCD原始影像内、外定向的详细步骤，分别构建了“单片影像几何模型”和“整体影像几何模型”；针对相邻TDI CCD分片影像重叠区内的同名点对，构建了片间几何约束模型。⑵论述了推扫式光学卫星在轨几何标定的难点，并提出了针对上述难点的解决策略；针对拼接型相机多片TDI CCD共享一套光学系统、各TDI CCD阵列相互独立以及相邻TDI CCD有重叠区等特点，将片间几何约束加入内标定过程，提出了一种顾及片间几何约束的在轨标定方法；针对该标定方法设计了专门的“双短条带”控制布设方案。⑶研究了物理内标定模型与指向角内标定模型的区别与联系，分别严密推导了不同阶数光学畸变以及偏视场、正视场等不同情况下的指向角内标定模型，并给出了其具体计算公式。⑷分析了传统像方拼接算法及其缺陷，在此基础上重点研究虚拟推扫图像生成及其几何模型构建的理论与方法，对算法基本原理、实施流程进行了详细阐述；对算法流程中分片影像RPC模型构建、辅助高程信息来源、长线阵安置位置以及拼接线位置的设定等关键问题进行了系统论述；针对行积分时间跳变降低RPC拟合精度的问题，提出跳变自动探测、分区间求解RPC参数的方案，可有效提升RPC模型拟合精度；给出了拼接产品几何质量评价的多种方法。⑸利用“天绘一号”真实数据对本文模型和算法进行了实验验证，结果表明本文的几何标定模型和虚拟推扫图像生成算法可靠有效；其中在轨标定模型和算法能够求解出稳定有效的相机内部参数，能显著提升高分相机原始影像的几何定位性能；在更新后内参数的支持下，虚拟推扫图像生成算法能实现原始分片影像的无缝拼接，拼接产品的RPC模型拟合精度完全满足应用需求，拼接产品的内部几何精度较传统像方拼接算法有显著提升。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 现存问题

1.4 研究内容与组织结构

第二章 拼接型TDI CCD卫星影像几何特性分析

2.1 拼接型TDI CCD相机推扫成像

2.2 时空基准与与姿轨测量

2.3 拼接型TDI CCD卫星影像几何误差分析

2.4 在轨几何标定难点分析

2.5 本章小结

第三章 拼接型TDI CCD卫星影像在轨几何标定

3.1 原始影像严格几何模型构建

3.2 顾及片间几何约束的在轨标定方法

3.3 指向角内标定模型严密公式推导

3.4 控制点布设方案与量测方法

3.5 标定结果质量评价方法

3.6 实验与分析

3.7 本章小结

第四章 拼接产品生成算法及其几何模型

4.1 片间偏移量以及传统像方拼接算法

4.2 虚拟推扫图像生成算法

4.3 虚拟推扫图像生成的几个关键问题

4.4 虚拟推扫图像几何模型构建

4.5 拼接产品几何质量评价方法

4.6 实验与分析

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

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