本發(fā)明涉及一種寬視場(chǎng)星載擺掃光學(xué)相機(jī)幾何成像模型實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定評(píng)估系統(tǒng)及方法，更具體的說涉及星載擺掃光學(xué)相機(jī)交付衛(wèi)星總體后，對(duì)其內(nèi)部裝配偏差及幾何成像模型進(jìn)行發(fā)射前標(biāo)定評(píng)估。
背景技術(shù)：
：三軸穩(wěn)定光學(xué)遙感衛(wèi)星具備靈活的對(duì)地觀測(cè)模式，方便數(shù)據(jù)傳輸，且可多相機(jī)聯(lián)合工作等優(yōu)點(diǎn)。隨著星載相機(jī)圖像空間分辨率和探測(cè)需求的不斷提高，目前光學(xué)相機(jī)朝著大面陣、二維掃描成像等在軌工作方式發(fā)展，但相機(jī)內(nèi)部裝配等偏差若沒有在發(fā)射前進(jìn)行較好的標(biāo)校，而是發(fā)射后在軌當(dāng)作“黑匣子”估計(jì)修正，將直接影響在軌圖像定位的指標(biāo)可實(shí)現(xiàn)性。目前對(duì)地遙感衛(wèi)星的圖像定位性能直接反映一個(gè)國(guó)家定量化遙感業(yè)務(wù)應(yīng)用的能力水平。在圖像定位高精度應(yīng)用中，星載相機(jī)高精度圖像定位建模參數(shù)辨識(shí)方法已由傳統(tǒng)地面圖像處理向衛(wèi)星嚴(yán)密成像模型標(biāo)定轉(zhuǎn)變，且衛(wèi)星發(fā)射前也需準(zhǔn)確的對(duì)相機(jī)成像標(biāo)校模型進(jìn)行有效性評(píng)估和驗(yàn)證，即地面相機(jī)的成像模型標(biāo)定精度直接關(guān)系到在軌幾何定位精度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為滿足我國(guó)新型衛(wèi)星幾何成像模型驗(yàn)收需求，本發(fā)明提出一種星載擺掃光學(xué)相機(jī)幾何成像模型實(shí)驗(yàn)室評(píng)估標(biāo)定裝置及方法，用于指導(dǎo)相機(jī)幾何模型工程參數(shù)標(biāo)校，以及對(duì)比評(píng)估相機(jī)方提供的成像模型數(shù)據(jù)的一致性。為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種寬視場(chǎng)星載擺掃光學(xué)相機(jī)幾何成像模型高精度標(biāo)定與評(píng)估裝置，包括待測(cè)相機(jī)、相機(jī)基準(zhǔn)棱鏡、高精度大承載二維轉(zhuǎn)臺(tái)、二維轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)控制器、平行光管、平行光管基準(zhǔn)棱鏡、光學(xué)靶標(biāo)、電子經(jīng)緯儀、標(biāo)定處理與評(píng)估系統(tǒng)，待測(cè)相機(jī)光機(jī)主體置于平行光管前的二維轉(zhuǎn)臺(tái)上，平行光管和光學(xué)靶標(biāo)基于準(zhǔn)直物鏡成像原理模擬無窮遠(yuǎn)處探測(cè)目標(biāo)；標(biāo)定過程中，平行光管指向始終不動(dòng)，二維轉(zhuǎn)臺(tái)按照離散的轉(zhuǎn)角指令指向不同目標(biāo)方向；采用電子經(jīng)緯儀初標(biāo)定光學(xué)相機(jī)基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系與平行光管基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系，然后通過二維轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)整相機(jī)相對(duì)于平行光管不同光軸指向(如相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)均勻分布)，模擬相機(jī)全視場(chǎng)對(duì)目標(biāo)成像。試驗(yàn)過程中高精度大承載二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角由光碼盤精測(cè)，獲得相機(jī)基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系與平行光管基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系；標(biāo)定處理與評(píng)估系統(tǒng)接收待測(cè)相機(jī)的成像數(shù)據(jù)、相機(jī)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)、相機(jī)成像時(shí)間、高精度二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)、電子經(jīng)緯儀測(cè)量數(shù)據(jù)等，對(duì)寬視場(chǎng)星載擺掃光學(xué)相機(jī)幾何成像模型高精度標(biāo)定與評(píng)估。同時(shí)，本發(fā)明還提供一種寬視場(chǎng)星載擺掃光學(xué)相機(jī)幾何成像模型高精度標(biāo)定與評(píng)估方法，包括如下步驟：步驟1：將相機(jī)光機(jī)主體置于平行光管前的二維轉(zhuǎn)臺(tái)上，相機(jī)光軸和平行光管光軸對(duì)準(zhǔn)，電子經(jīng)緯儀T3瞄準(zhǔn)平行光管焦面十字中心，T3方向即為平行光管光軸方向，平行光管光軸方向在平行光管基準(zhǔn)棱鏡所在的坐標(biāo)系中進(jìn)行表示；步驟2：相機(jī)開機(jī)，對(duì)平行光管針孔靶標(biāo)成像，轉(zhuǎn)動(dòng)二維轉(zhuǎn)臺(tái)，調(diào)整相機(jī)星下點(diǎn)，使得平行光管靶標(biāo)在成像在探測(cè)器中心，即相機(jī)星下點(diǎn)方向與平行光管光束方向平行，相機(jī)下傳存儲(chǔ)成像數(shù)據(jù)、相機(jī)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)、相機(jī)成像時(shí)間，記錄高精度二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)等。步驟3：調(diào)整二維轉(zhuǎn)臺(tái)方位和俯仰角，使相機(jī)在東西，南北視場(chǎng)范圍內(nèi)均勻?qū)ζ叫泄夤馨袠?biāo)成像，記錄下傳圖像數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)；步驟4：構(gòu)建星載擺掃相機(jī)嚴(yán)密成像模型，對(duì)相機(jī)內(nèi)部裝配偏差進(jìn)行參數(shù)工程合并，形成含等效失配參數(shù)集的嚴(yán)密擺掃光學(xué)相機(jī)幾何成像模型；步驟5：繪制所觀目標(biāo)點(diǎn)的空間位置分布圖，選取有限個(gè)方位點(diǎn)用于解算嚴(yán)密成像定位模型參數(shù)；步驟6：任選相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)其它目標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)評(píng)估全視場(chǎng)內(nèi)不同方位的定位精度，并與相機(jī)研制方提供的星載擺掃成像模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，完成相機(jī)幾何成像模型的實(shí)驗(yàn)室評(píng)估標(biāo)定。進(jìn)一步，所述步驟2中，正式試驗(yàn)前通過電子經(jīng)緯儀互瞄獲得初始試驗(yàn)狀態(tài)下平行光管光軸在相機(jī)基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系的表示。電子經(jīng)緯儀T1和T2分別與相機(jī)基準(zhǔn)棱鏡兩個(gè)面正交對(duì)準(zhǔn)，電子經(jīng)緯T3瞄向平行光管光軸方向，通過建立初始態(tài)的平行光管光軸方向在相機(jī)基準(zhǔn)棱鏡所在的坐標(biāo)系中表示，實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)所有視線方向進(jìn)行嚴(yán)格幾何成像模型精度校驗(yàn)；進(jìn)一步，所述步驟3中，調(diào)整二維轉(zhuǎn)臺(tái)兩維角度模擬相機(jī)全視場(chǎng)不同指向?qū)δ繕?biāo)成像時(shí)，基于高精度大承載二維轉(zhuǎn)臺(tái)的光碼盤測(cè)角數(shù)據(jù)，構(gòu)建星載擺掃相機(jī)相對(duì)平行光管的成像模型。根據(jù)二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，不同轉(zhuǎn)角工況下平行光管所模擬的目標(biāo)矢量在相機(jī)棱鏡坐標(biāo)系的表示：式中，Rfy(i)為不同工況下測(cè)得的轉(zhuǎn)臺(tái)方位角；Rfy0為相機(jī)星下點(diǎn)方向與平行光管光束方向平行時(shí)方位角初值；Rfw(i)為不同工況下測(cè)得的轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰角；Rfw0相機(jī)星下點(diǎn)方向與平行光管光束方向平行時(shí)俯仰角初值；Rxxd為電子經(jīng)緯儀測(cè)得初始平行光管在相機(jī)棱鏡系下矢量表示。進(jìn)一步，所述步驟4中，星載擺掃相機(jī)嚴(yán)密成像模型在工程上簡(jiǎn)化為含6～8個(gè)等效失配參數(shù)的幾何成像模型，bx＝R(α,β,Δζ1,…,Δζm)·P(ix,jy)其中：ix、jy：像點(diǎn)在相機(jī)探測(cè)器的像元行列數(shù)；P(ix,jy)：相機(jī)后光路成像畸變校正模型；α、β：相機(jī)指向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角測(cè)量值；Δζ1,…,Δζm：在實(shí)驗(yàn)室條件下含相機(jī)內(nèi)部裝配偏差及在二維轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝偏差經(jīng)工程合并的等效失配角參數(shù)集(其參數(shù)量與相機(jī)掃描機(jī)構(gòu)類型有關(guān)，一般6～8個(gè))；通過二維轉(zhuǎn)臺(tái)成像試驗(yàn)數(shù)據(jù)基于有限稀疏成像靶標(biāo)點(diǎn)迭代解算等效失角參數(shù)集，完成相機(jī)幾何成像模型實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定，可指導(dǎo)相機(jī)幾何模型工程參數(shù)標(biāo)校，與相機(jī)研制方提供的幾何成像模型比對(duì)，評(píng)估模型數(shù)據(jù)一致性。本發(fā)明提供了一種寬視場(chǎng)星載擺掃光學(xué)相機(jī)幾何成像模型高精度標(biāo)定與評(píng)估裝置及方法，采用大承載二維轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)合平行光管，模擬光學(xué)相機(jī)對(duì)不同入射方向的探測(cè)目標(biāo)進(jìn)行成像。通過電子經(jīng)緯儀初標(biāo)定相機(jī)基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系與平行光管基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系，以及高精度光碼盤精確測(cè)量二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角值，結(jié)合二維轉(zhuǎn)臺(tái)在不同轉(zhuǎn)角條件下的光學(xué)相機(jī)對(duì)靶標(biāo)點(diǎn)成像數(shù)據(jù)，迭代求解星載擺掃相機(jī)內(nèi)部幾何成像模型參數(shù)以及整機(jī)在二維轉(zhuǎn)臺(tái)的裝配矩陣等，完成光學(xué)相機(jī)幾何成像模型的高精度實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定與評(píng)估，為在軌高精度幾何定位應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：圖1為本發(fā)明星載擺掃光學(xué)相機(jī)幾何成像模型實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定與評(píng)估試驗(yàn)原理圖。圖2為本發(fā)明星載擺掃光學(xué)相機(jī)標(biāo)校評(píng)估所觀目標(biāo)點(diǎn)的空間方位分布原理圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。在本實(shí)施例中，本發(fā)明試驗(yàn)原理框圖參見圖1，其幾何成像模型標(biāo)定與評(píng)估裝置包括待測(cè)相機(jī)1、相機(jī)基準(zhǔn)棱鏡2、高精度大承載二維轉(zhuǎn)臺(tái)3、二維轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)控制器4、平行光管5、平行光管基準(zhǔn)棱鏡7、光學(xué)靶標(biāo)6、電子經(jīng)緯儀8、標(biāo)定處理與評(píng)估系統(tǒng)9等。寬視場(chǎng)相機(jī)光機(jī)主體1置于平行光管前的二維轉(zhuǎn)臺(tái)3上，平行光管4和光學(xué)靶標(biāo)6基于準(zhǔn)直物鏡成像原理模擬無窮遠(yuǎn)處遙感目標(biāo)；標(biāo)定過程中，平行光管4和光學(xué)靶標(biāo)6指向始終不動(dòng)，二維轉(zhuǎn)臺(tái)3按照離散的轉(zhuǎn)角指令指向不同目標(biāo)方向。相機(jī)方首先單獨(dú)對(duì)后光路光學(xué)畸變模型標(biāo)校，然后再整機(jī)標(biāo)校。相機(jī)畸變校正后成像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間指向用矢量表示為(u，-f，v)，其中(u，v)＝P(ix,jy)，f為相機(jī)的焦距。歸一化為：開展整個(gè)相機(jī)的二維轉(zhuǎn)臺(tái)試驗(yàn)時(shí)，調(diào)整二維轉(zhuǎn)臺(tái)方位和俯仰角，在相機(jī)視場(chǎng)范圍內(nèi)選擇多個(gè)角度位置進(jìn)行成像，記錄二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角等相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)星載擺掃相機(jī)在二維轉(zhuǎn)臺(tái)上的光學(xué)回路建立幾何成像模型，即在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)含相機(jī)內(nèi)部裝配偏差及在二維轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝偏差構(gòu)建12個(gè)參數(shù)嚴(yán)密成像模型，工程上對(duì)二維指向機(jī)構(gòu)的相機(jī)再簡(jiǎn)化為8個(gè)等效失配角參數(shù)模型，這樣只要選擇4組特征點(diǎn)，通過舍去2階及2階以上小量，基于小角度解算就可以迭代求解相機(jī)等效失配角參數(shù)集，提高標(biāo)校精度。圖2所示為根據(jù)一典型試驗(yàn)數(shù)據(jù)所繪制的目標(biāo)點(diǎn)空間方位分布圖，選取四個(gè)方位點(diǎn)用于解算嚴(yán)密成像模型參數(shù)，然后任選相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)其它目標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)評(píng)估全視場(chǎng)內(nèi)不同方位的定位精度如表1所示。表1試驗(yàn)靶標(biāo)點(diǎn)的定位評(píng)估精度成像樣本點(diǎn)N1N2N3N4N5東西1像元0.7像元0.8像元1.2像元1.4像元南北0.7像元0.7像元1.1像元0.9像元0.7像元成像樣本點(diǎn)N6N7N8N9東西0.6像元1.4像元1.1像元1.4像元南北0.9像元1.3像元0.9像元1.2像元所有成像樣本點(diǎn)的幾何定位精度均優(yōu)于1.5像元，達(dá)到了較高的標(biāo)校精度，并可與相機(jī)研制方提供的星載擺掃成像模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而完成相機(jī)幾何成像模型的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定與評(píng)估等，也對(duì)在軌高精度幾何定位應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本發(fā)明方法，通過嚴(yán)密成像模型，以二維轉(zhuǎn)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算相機(jī)內(nèi)部安裝偏差，從而評(píng)估標(biāo)定相機(jī)幾何模型。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。當(dāng)前第1頁1 2 3