標(biāo)系可以稱為慣性測量單元坐標(biāo)系，即慣性測量單元坐標(biāo)系與慣性測量單元固定連接。如果將慣性測量單元簡化為一個圓柱體的話，則該三維坐標(biāo)系可以如圖1所示。圖1中左下方的圓柱體為被簡化的慣性測量單元，該慣性測量單元設(shè)置于相機承力板21上，從而慣性測量單元與相機主鏡5剛性連接；慣性測量單元坐標(biāo)系的X軸和y軸由慣性測量單元中軸線上一點指向外側(cè)，z軸由X軸和y軸的交點出發(fā)指向被拍攝區(qū)域的中心點，即z軸可以被定義為沿空間光學(xué)相機光軸(可以簡稱為相機光軸，也可稱為相機成像光光軸)指向被拍攝目標(biāo)的方向，在不考慮相機內(nèi)部光學(xué)單元抖動的情況下，如果沿z軸發(fā)出一束激光，且該激光經(jīng)角錐棱鏡被引入空間光學(xué)相機，則該激光的光斑應(yīng)該位于空間光學(xué)相機焦平面的中心點。該三維坐標(biāo)系的定義符合右手法則。
[0037]在實際應(yīng)用中，為了對地面的被拍攝目標(biāo)進(jìn)行無地面控制點定位，應(yīng)使拍攝獲得的每一張圖像均對應(yīng)有空間光學(xué)相機光軸關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸、y軸和z軸的指向信息。在實際應(yīng)用中，空間光學(xué)相機光軸的指向是在軌實時且隨機抖動的，本發(fā)明可以將一積分時間段的積分初始時刻T的瞬時空間光學(xué)相機光軸關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸、y軸和z軸的指向信息作為空間光學(xué)相機光軸在整個積分時間段的關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸、y軸和z軸的指向信息。
[0038]下面結(jié)合圖2至圖5對本發(fā)明的用于空間光學(xué)相機的無地面控制點定位方法和裝置分別進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0039]實施例一、用于空間光學(xué)相機的無地面控制點定位方法。該方法的流程如圖2所不O
[0040]圖2中，S200、由第一激光源和第二激光源產(chǎn)生相互不平行的第一參考激光束和第二參考激光束。
[0041]具體的，為描述清晰起見，本實施例將第一激光源產(chǎn)生的激光束稱為第一參考激光束，將第二激光源產(chǎn)生的激光束稱為第二參考激光束。第一參考激光束和第二參考激光束之間存在不為零的夾角，即第一參考激光束和第二參考激光束互不平行。
[0042]S210、測量慣性測量單元坐標(biāo)系Z軸在積分時間段的積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角、關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系y軸的指向角以及關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系Z軸的指向角。
[0043]具體的，本實施例中的空間光學(xué)相機光軸在積分時間段的積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角是指空間光學(xué)相機光軸在積分時間段的積分初始時刻相對于慣性空間坐標(biāo)系X軸而言的指向角(下述簡稱關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角)；同樣的，空間光學(xué)相機光軸在積分時間段的積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系y軸的指向角是指空間光學(xué)相機光軸在積分時間段的積分初始時刻相對于慣性空間坐標(biāo)系y軸而言的指向角(下述簡稱關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系y軸的指向角)，空間光學(xué)相機光軸在積分時間段的積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系Z軸的指向角是指空間光學(xué)相機光軸在積分時間段的積分初始時刻相對于慣性空間坐標(biāo)系Z軸而言的指向角(下述簡稱關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系Z軸的指向角)。
[0044]本實施例在每一個積分時間段的初始時刻都應(yīng)執(zhí)行上述三個指向角的測量操作。本實施例可以利用安裝于空間光學(xué)相機上的慣性測量單元來測量上述三個指向角，且慣性測量單元與空間光學(xué)相機剛性連接。
[0045]本實施例的慣性測量單元中設(shè)置有測量基準(zhǔn)三維坐標(biāo)系，慣性測量單元是基于該測量基準(zhǔn)三維坐標(biāo)系來進(jìn)行上述三個指向角的測量的。本實施例應(yīng)根據(jù)慣性空間坐標(biāo)系來對該測量基準(zhǔn)三維坐標(biāo)系進(jìn)行實時標(biāo)校，如利用慣性測量單元中的星敏感器對該測量基準(zhǔn)三維坐標(biāo)系進(jìn)行在軌標(biāo)校，從而使慣性測量單元中的測量基準(zhǔn)三維坐標(biāo)系與慣性空間坐標(biāo)系盡可能地保持一致。由此可以認(rèn)為:慣性測量單元是基于慣性空間坐標(biāo)系來進(jìn)行指向角的測量的，也就是說，雖然慣性測量單元是基于測量基準(zhǔn)三維坐標(biāo)系而測量出的三個指向角，但是由于該測量基準(zhǔn)三維坐標(biāo)系與慣性空間坐標(biāo)系保持一致，因此，慣性測量單元測量出的三個指向角可以被認(rèn)為是關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角、關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系I軸的指向角以及關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系Z軸的指向角。
[0046]本實施例利用星敏感器對慣性測量單元中的測量基準(zhǔn)三維坐標(biāo)系進(jìn)行標(biāo)校的一個具體的例子為:衛(wèi)星在軌期間，基于預(yù)定時間間隔定期讀取星敏感器中的信息，并利用該信息對慣性測量單元中的測量基準(zhǔn)三維坐標(biāo)系的X軸、y軸以及z軸分別進(jìn)行定期在軌標(biāo)校。本實施例通過利用星敏感器對慣性測量單元中的測量基準(zhǔn)三維坐標(biāo)系進(jìn)行在軌標(biāo)校，可以有效保證衛(wèi)星在軌期間慣性測量單元測量出的三個指向角的測量準(zhǔn)確度以及測量精度。
[0047]S220、使第一參考激光束和第二參考激光束進(jìn)入相機的光學(xué)單元并入射到相機焦平面的分視場上。
[0048]具體的，本實施例可以利用角錐棱鏡使第一參考激光束和第二參考激光束進(jìn)入相機的光學(xué)單元，第一參考激光束和第二參考激光束在進(jìn)入相機的光學(xué)單元后所經(jīng)由的光路與被拍攝目標(biāo)的成像光所經(jīng)由的光路是相同的，也就是說，第一參考激光束和第二參考激光束所經(jīng)過的光學(xué)單元比被拍攝目標(biāo)的成像光所經(jīng)過的光學(xué)單元多一個角錐棱鏡，第一參考激光束和第二參考激光束在經(jīng)過角錐棱鏡之后的光路與被拍攝目標(biāo)的成像光的光路相同。這里的光路相同并不是指包括光的入射角都完全相同，而是指所經(jīng)過的光學(xué)單元中的各光學(xué)單元相同；一個具體的例子，第一參考激光束和第二參考激光束在經(jīng)過角錐棱鏡后分別入射到相機主鏡上，然后，在經(jīng)由相機主鏡后分別入射到相機次鏡上，之后，在經(jīng)由相機次鏡后入射到相機焦平面的分視場上。
[0049]本實施例中的相機焦平面的分視場可以為位于相機焦平面向外延伸的平面上的第一位置探測器和第二位置探測器，且第一位置探測器和第二位置探測器與相機焦平面分別剛性連接，即相機焦平面、第一位置探測器和第二位置探測器可以看成是一個剛體。
[0050]需要特別說明的是，本步驟S220雖然是在步驟S210之后描述的，然而在實際應(yīng)用中，S210和S220之間并不存在先后執(zhí)行順序的限定。
[0051]S230、測量第一參考激光束和第二參考激光束在積分時間段的積分初始時刻在相機焦平面的分視場上的光斑位置信息。
[0052]具體的，本實施例可以利用第一位置探測器來測量第一參考激光束在積分時間段的積分初始時刻在相機焦平面的分視場上的光斑位置，從而獲得第一參考激光束的光斑位置信息，同時利用第二位置探測器來測量第二參考激光束在積分時間段的積分初始時刻在相機焦平面的分視場上的光斑位置，從而獲得第二參考激光束的光斑位置信息。
[0053]一個具體的例子，如圖3所示，A。表示第一位置探測器8的中心點24，A 7表示在積分時間段的積分初始時刻T時第一參考激光束的光斑在第一位置探測器8上的位置點25，B。表不第二位置探測器9的中心點26，B 7表不在積分時間段的積分初始時刻T時第二參考激光束的光斑在第二位置探測器9上的位置點27 ;位置點25的位置信息和位置點27的位置信息即為第一參考激光束和第二參考激光束在積分時間段的積分初始時刻在相機焦平面的分視場上的光斑位置信息。
[0054]S240、根據(jù)光斑位置信息和預(yù)先設(shè)定的光斑目標(biāo)位置信息確定空間光學(xué)相機光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系X軸的偏轉(zhuǎn)角以及空間光學(xué)相機光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系I軸的偏轉(zhuǎn)角，并根據(jù)關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系X軸的偏轉(zhuǎn)角與關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角的疊加以及關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系y軸的偏轉(zhuǎn)角與關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系y軸的指向角的疊加確定空間光學(xué)相機光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸的指向信息和y軸的指向信息。
[0055]具體的，本實施例中的光斑目標(biāo)位置信息通常設(shè)置為位置探測器的中心位置(即中心點)，即在沒有任何抖動的情況下，第一參考激光束的光斑應(yīng)投射在第一位置探測器的中心位置，且第二參考激光束的光斑應(yīng)位于第二位置探測器的中心位置。當(dāng)然，本實施例中的光斑目標(biāo)位置信息也可以被設(shè)置為除位置探測器的中心位置之外的其他位置。
[0056]本實施例可以首先利用預(yù)先設(shè)定的光斑目標(biāo)位置信息和上述獲得的光斑位置信息確定出第一參考激光束/第二參考激光束光斑的線位移(如圖3中的線段AidAt或者線段BidBt)，然后，再利用第一參考激光束/第二參考激光束光斑的線位移來確定空間光學(xué)相機光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系X軸的偏轉(zhuǎn)角(下述簡稱為X偏轉(zhuǎn)角)以及空間光學(xué)相機光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系y軸的偏轉(zhuǎn)角(下述簡稱為I偏轉(zhuǎn)角)。本實施例可以利用多種轉(zhuǎn)換算法將線位移轉(zhuǎn)換為X偏轉(zhuǎn)角以及I偏轉(zhuǎn)角，具體的轉(zhuǎn)換過程在此不再詳細(xì)說明。
[0057]本實施例可以基于第一參考激光束來確定空間光學(xué)相機光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸的指向信息和y軸的指向信息，也可以基于第二參考激光束來確定空間光學(xué)相機光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸的指向信息和y軸的指向信息，還可以同時基于第一參考激光束和第二參考激光束來確定空間光學(xué)相機光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸的指向信息和I軸的指向信息。
[0058]第一個具體的例子:利用基于第一激光束的光斑位置信息和針對第一激光束設(shè)置的光斑目標(biāo)位置信息確定X偏轉(zhuǎn)角以及I偏轉(zhuǎn)角，然后，將X偏轉(zhuǎn)角與上述關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角進(jìn)行疊加，并將I偏轉(zhuǎn)角與上述關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系I軸的指向角進(jìn)行疊加，利用疊加后產(chǎn)生的兩個角度就可以確定出空間光學(xué)相機光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸的指向信息和I軸的指向信息。
[0059]第二個具體的例子:利用基于第二激光束的光斑位置信息和針對第二激光束設(shè)置的光斑目標(biāo)位置信息確定X偏轉(zhuǎn)角以及I偏轉(zhuǎn)角，然后，將X偏轉(zhuǎn)角與上述關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角進(jìn)行疊加，并將y偏轉(zhuǎn)角與上述關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系y軸的指向角進(jìn)行疊加，利用疊加后產(chǎn)生的兩個角度就可以確定出空間光學(xué)相機光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸的指向信息和I軸的指向信息。
[0060]第三個具體的例子:利用基于第一激光束的光斑位置信息和針對第一激光束設(shè)置的光斑目標(biāo)位置