一种光学遥感卫星多相机成像系统的高精度影像拼接方法

提出一种基于虚拟大相机的光学遥感卫星多相机系统成像数据的拼接方法,实现多相机影像的高精度拼接。该方法根据各单相机的几何成像模型,构建虚拟大相机的几何成像模型;利用坐标正算、反算过程对各单相机影像进行间接法几何纠正,得到虚拟大相机图像坐标系下的各虚拟单相机影像;将各虚拟单相机影像基于影像坐标信息拼接处理后得到最终的虚拟大相机影像。该方法利用虚拟大相机实现多相机影像的高质量拼接,为后期处理提供了与之相对应的高精度有理函数模型,可用于不同数量、不同分辨率的多相机系统实现全自动智能地面预处理。     

DMZ内视场光学分割型航摄相机子影像高准确度几何拼接

针对内视场光学分割型相机,利用子影像同名像点虚拟影像坐标相等这一约束条件,提出一种高准确度子影像几何拼接方法.首先在分析各CCD几何安置误差的基础上,设计拼接关系并给出拼接参量计算方法;其次结合SIFT等高准确度影像匹配算子对拼接模型进行优化选择,给出子影像拼接流程;最后采用附加参量自检校技术进行畸变参量再精化处理.利用所提方法对一款自行设计的数字大面阵复合相机进行几何拼接试验,结果表明该方法能够有效解决高准确度子影像几何拼接、高量测性能大幅面虚拟影像生成问题,拼接后影像内符准确度可达子像元级,满足航测作业对数字航摄相机测图准确度和摄影效率的应用要求.     

移轴组合相机拼接模型及自检校技术研究

研究了非量测型移轴组合相机的图像拼接技术,以双拼移轴相机为研究对象,探讨了其虚拟像空间坐标系建立,并以此为基础建立子影像至虚拟影像的变换模型。提出一种基于初值约束的投影矩阵自检校方法,该方法利用移轴相机检校参数,结合子影像变换模型,推导和计算自检校方程,精确解求虚拟影像拼接参数。设计了室内外地面实验以及航飞实验,对提出的方法进行了验证。实验结果表明,利用该方法进行移轴组合相机虚拟影像拼接,精度优于0.4像素。     

嫦娥三号极紫外相机几何定位方法及其应用

针对嫦娥三号极紫外相机影像由于缺少控制点约束而无法沿用地球遥感影像几何定位方法的现状,研究了极紫外相机的工作原理、涉及的坐标系统及其转换关系,提出了一种基于星上遥测参数和严格坐标转换关系的几何定位方法,进行了影像数据几何定位及定位精度分析.研究结果表明,该方法能够解算影像拍摄时刻极紫外相机光轴在太阳磁层坐标系中的指向,以及着陆器在该坐标系中的位置,精确定位影像中地球质心的位置,校正相机光轴指向在原始影像中对应的位置,确保极紫外相机探测数据的科学应用价值,实现嫦娥三号空间环境探测的科学目标.     

基于FPGA的拼接式CMOS线阵相机系统设计

针对单个线阵相机在大视场下传感器边缘失光的问题,提出了在保证分辨率的前提下使用多个相对较低像素的相机拼接,对视场进行分担的方法,设计了一种基于FPGA的拼接式CMOS线阵相机系统。详细介绍了系统的工作原理、硬件构成和各芯片的程序设计,实现了基于FPGA的多相机图像实时校正算法,并将校正后的图像通过高速USB芯片传输到采集软件。实验结果表明,系统在大视场下相比单相机在视场边缘具有更好的成像质量,可应用于多离散目标的检测。     

基于有理多项式模型的高分四号卫星可见光通道面阵成像载荷在轨几何定标

针对我国首颗静止轨道高分辨率光学遥感卫星高分四号（GF4）的可见光通道面阵成像载荷,基于成像模型中内外方位元素的相关特性,提出一种基于先验有理多项式（RPC）模型的在轨几何定标方法,以地面控制点的真实像点和基于RPC模型计算的虚拟像点为观测值,在初始的定标参数基础下重建精确的几何定标参数,实现卫星成像载荷系统性几何误差的补偿。本方法完全避免了传统在轨几何定标构建严格几何成像模型中复杂的辅助数据处理和多个成像坐标系统的转换,建模和解算均极为简单,且定标结果可直接应用于基于严格几何成像模型的地面处理系统。通过一组GF4卫星面阵载荷的真实影像数据实验验证了本方法的有效性和模型的合理性,结果表明：本方法可有效补偿成像模型中的系统几何误差,且得到定标结果与基于严格几何成像模型的传统定标方法几乎一致。     

基于柔性靶标定位实现图像拼接的多相机三维测量系统

提出一种基于柔性靶标定位实现图像拼接的多相机三维测量系统,采用一个激光投影仪投影大幅条纹,多相机分布式采集的方法扩展视觉三维测量系统的测量范围。标定过程首先使用小型平面靶标标定基准相机二维图像坐标和相位值到三维世界坐标的映射关系,之后在相邻相机部分视场(FOV)重合的前提下,利用柔性靶标定位标定相邻相机图像坐标的转换关系,最后将各个相机的图像坐标全部转化到基准相机的图像坐标系下完成图像拼接,由基准相机图像坐标到世界坐标的映射完成全局三维测量。实验结果表明,使用图像拼接方法的测量精度略低于相机单视场测量的精度,但精度损失较小,满足工业在线测量的要求。该方法避免使用昂贵的辅助测量仪器和加工高精度大型靶标,为多相机视觉测量提供了成本低、使用方便的解决方案。     

点光源反射镜法向标校技术

针对基于反射式点光源进行在轨辐射定标过程中反射镜法向标校建模不够完善的问题,提出基于反射镜与相机几何模型的反射镜法向标校及矢量控制算法.通过解算模型求解相机与反射镜间的几何误差,建立了太阳图像质心坐标与反射镜法向之间的关系,可实现多点自动化标校反射镜法向,提高镜法向标校及系统指向精度.实验结果表明,利用解算后的几何模型反解不同时刻质心坐标进行多点反射镜法向标校,相机观测太阳像素角分辨率标准误差分别为:X轴方向0.02165°、Y轴方向0.01982°,综合角分辨率误差为0.02936°,优于太阳观测器对反射镜法向标校精度.实现了相机观测太阳取代人工借助太阳观测器观测太阳的自动化镜法向标校,扩展了标校灵活度,系统综合指向精度优于0.1°,为固定实验场联网自动化集中控制不同能级梯度的点光源阵列在轨辐射定标和调制传递函数检测奠定基础.     

基于三线结构光的大型圆柱工件直径测量系统

针对工业上一些无法正对待测端面安装相机的直径测量场景,设计了一种由3个激光投线器、1个成像透镜及1个面阵CMOS相机组成的圆柱工件直径测量系统,放置于地面上倾斜投影并成像。搭建了测量系统,从图像中获得亚像素端点坐标,代入标定方程解算世界坐标,并通过几何模型计算待测直径。实验结果表明,该系统能在设计待测值附近准确测量工件的端面直径,测量精度在±0.1 mm以内,满足工业测量高精度要求。     

大视场多CCD拼接相机标定方法研究

介绍了一种多CCD拼接弹道相机的标定方法和步骤,以及标定系统的原理及组成。对相机的光学畸变和大视场拼接物像几何投影关系进行了分析,建立了相机数学模型,并采用最小二乘多元回归分析方法,通过测量相机的内方位元素计算畸变系数,确定了最佳条件下相机数学模型中的各个参数。实验表明利用该方法标定出相机精度方位角测角误差小于10″,高低角测角误差小于15″。     

基于全光学路径的遥感相机视轴监测方法研究

为提高光学遥感卫星图像地面定位精度,提出了一种基于全光学路径的相机/星敏感器视轴指向监测方法。方法采用同一基准部件分别建立相机和星敏感器测量通道,基准部件采用激光二极管作为测量光源,经过会聚和准直进入相机/星敏感器光学系统并成像,当相机/星敏感器相对基准部件视轴发生变化时,成像光斑相应地也发生位置移动,进而可以获取相机视轴转动信息;基于所提方法建立了光学模型,利用光线追迹法对相机夹角变化进行仿真与分析,并与理论分析结果进行对比。结果表明,方案可以满足高精度的相机视轴监测。     

无序高空间分辨率影像快速拼接方法

遥感影像拼接技术作为影像成图的重要手段,一直是遥感领域研究的热点。在保证拼接精度的同时,如何提高拼接效率,成为低空遥感技术应急应用的难点。针对低空航空遥感影像成像姿态变化剧烈、数据量大等特点,提出针对无序影像改进的基于稀疏矩阵的光束平差SURF拼接算法,即对无序影像进行特征选取和匹配,自行判断相邻和相间位置信息,配准平差中引入稀疏矩阵进行加速。方法在保证精度的同时,极大提高了航空相机影像拼接算法的速度,能很好地解决无人机影像高建筑物的拼接错位问题。无人机倾斜数据集拼接和航空相机影像拼接的结果验证了利用本算法进行高空间分辨率影像拼接的精度和效率。     

基于双平面镜双相机组合测量全场变形的方法

针对单相机难以用于全场变形测量以及多相机在全场变形测量中复杂性等问题，提出一种利用双平面镜辅助的双相机系统来实现全场变形测量的新方法。该方法基于相机标定的坐标变换方法，即通过双平面镜实现从真实相机坐标系到虚拟相机坐标系之间的转换，进而实现从实物到虚像之间的转换。将该方法用于空心六角铝棒的热变形测量中，并与ANSYS软件的仿真结果进行比较，结果表明，该方法不但可以实现对被测件的三维重建，而且可以实现全场的变形测量，相对误差仅为0.51%，满足精度要求、效果良好。     

交汇测量系统线阵相机标定方法

为了提高大靶面交汇测量系统的测量准确度,分析了交汇测量原理,推导出脱靶量坐标公式.根据脱靶量公式分析其各项参量,利用几何关系建立像元坐标与偏移角度之间的映射模型.根据映射模型,利用光栅尺设计了一种针对线阵相机的标定方法,该方法不考虑相机参量,将整个光学系统看作一个整体,基于整体参量直接对像元坐标和它所对应的偏移角进行标定.实验结果表明,标定后的交汇测量系统在1.4m处的平均测量误差为0.4mm,最大测量误差优于0.6mm.该方法简单高效,可提高系统标定的速度,且标定误差满足系统交汇测量准确度的要求.     

高速TDI CCD空间相机焦平面设计与实验

时间延迟积分(TDI)CCD焦平面组件是空间相机的重要组成部分,主要完成光电转换,输出模拟CCD视频信号,是影响相机成像质量高低的关键部件之一。现有TDI CCD的像素数量有限,不能满足大视场、宽覆盖的要求,需要对CCD进行拼接。从结构和热控两方面入手针对空间相机高速TDI CCD焦平面组件开展了设计工作,分析了影响拼接精度的因素,针对相机恶劣的发射条件和苛刻的在轨工作温度,设计了特殊的拼接结构来保证TDI CCD拼接精度。开展了动力学环境实验和热真空环境实验来验证拼接结构的可靠性,结果表明:焦平面组件完全能够克服相机力学环境,保证TDI CCD的拼接精度;在热真空实验中,TDI CCD器件在1.5min工作时间内最高温度为30℃,CCD能够正常工作。动力学环境实验和热真空实验后对TDI CCD的拼接精度进行了检测,得到TDI CCD拼接的直线性精度3.5μm,搭接精度4μm,两行TDI CCD平行精度3.5μm,4片TDI CCD共面精度5μm,拼接精度完全满足光学设计要求。外场成像实验得到的清晰图像进一步验证了焦平面组件设计的合理性和可行性,实现了TDI CCD的高精度拼接。     

基于改进型反射率基法的资源三号卫星多光谱相机在轨辐射定标研究

针对资源三号卫星(ZY-3)多光谱影像特点,提出了一种改进型反射率基法,实现相机在轨辐射定标。该方法以ZY-3 Level 1A 级影像为数据源,建立严格的几何模型获取定标点处准确的观测几何参数,降低因影像重采样和成像几何产生的误差对辐射定标精度的影响。基于山东东营遥感综合实验,利用两点法和多点法获取ZY-3多光谱相机在轨辐射定标系数。与官方定标系数相比,多点法的定标精度高于两点法定标精度。通过分析各定标点与拟合直线间的离散程度后发现,水体定标点的残差较大,其中绿波段残差值约为67.39%。以置信度95.4%为标准,可将水体定标点判识为误差点。在剔除水体后,采用多点法获得的定标系数除近红外波段相对差异优于5%以外,其他波段相对差异均优于2%。该结果表明该改进型反射率基法能够获得精度可靠的绝对定标系数,可以为其他类似卫星在轨辐射定标提供参考依据。     

基于变焦镜头的机载相机监控系统设计及试验

机载遥感监控系统因其灵活机动、可重复使用且风险小的优势,为专题化、智能化获取国土、资源、环境等遥感信息提供了有力的支持。为了满足大视场范围监控和小视场特定目标观测的需求,设计并实现了基于变焦镜头的机载相机监控系统,能够实现12倍的连续变焦,包括电动变焦控制、高速成像存储以及不同分辨率图像拼接等。在经过地面可靠性验证和总体功能完善后,完成了航空搭载飞行试验,获取了相对航高为3000m、约7GB的连续变焦的不同地面分辨率图像,利用四分法改进的SURF(Speeded-up robust featrues)拼接算法对不同地面分辨率图像进行连续拼接,能够得到大场景范围的良好拼接图像,并保持高分辨率图像的细节部分。     

基于三线结构光的相机平面标定方法研究

相机标定技术是结构光三维视觉测量的关键技术之一,结构光系统的相机标定的精度对三维测量的精度有很大影响。首先对三线结构光系统图的相机标定方法进行了分析,简单介绍了工业相机成像的几何模型及标定的原理;其次利用Harris角点检测方法提取特征点坐标,并选用了BP神经网络来校正工业相机的畸变模型,以提高标定算法的优化速度和标定精度;最后采用张正友的平面标定法对校正后的摄像机模型进行标定实验,由实验结果知,该方法具有一定的准确性和有效性,在一定误差范围内,基于神经网络畸变校正的张正友相机标定能够有效提高视觉检测的精度。     

一种基于卷帘快门CMOS成像的空间相机颤振检测方法

星上运动部组件所引起的颤振是当前影响超高分辨率、超高机动成像质量的一个重要因素。针对该信号难以被精确业务化检测识别的问题,提出一种基于卷帘快门CMOS成像的空间相机颤振检测方法,进一步采用高频角位移与高精度参考的数字正摄影像/数字高程模型(DOM/DEM)数据进行效果验证与评价。对2020年发射的某高分型号卫星进行了分析,分析结果表明所设计的检测方法可以有效识别空间相机成像过程中的颤振特性,颤振频率主要集中在156 Hz左右,补偿后的全色影像相对几何精度可提升1.2 pixel左右。     

折反射周视系统研究进展与展望

折反射周视系统作为近十几年发展起来的一种新型周视视觉实现形式,相比相机旋转扫描、多相机图像拼接和鱼眼镜头大视场成像等常规方法,在小型化、结构灵活性、成本和实时性方面具有优势。本文综述了折反射周视系统的成像模型、系统标定、畸变校正和全视场清晰成像等基本问题研究状况,讨论了折反射周视系统在红外成像和立体视觉领域的扩展应用研究现状,最后总结了目前存在的问题,并提出未来折反射周视成像系统将围绕非单视点成像模型、提高空间分辨力的方法和处理算法实时实现开展研究。