多角度偏振成像仪在轨图像配准及性能评估
发布时间：2021-09-11 14:26
高精度的图像配准是保证多角度偏振成像仪在轨数据有效性的关键.介绍了多角度偏振成像仪基于光楔的偏振图像配准方法和基于地球参考网格的多角度、多光谱图像配准方法 .系统地分析了影响多角度偏振成像仪多角度、多光谱图像配准性能的误差,并提出通过相对几何定标提高多角度、多光谱图像配准性能.对比误差校正前后多角度偏振成像仪的多角度、多光谱图像配准性能,证明所提方法有效地提高了多角度、多光谱图像配准精度.多角度偏振成像仪在轨多角度、多光谱和偏振图像配准精度分别优于0.26 pixel、0.14 pixel和0.1 pixel.
【文章来源】：光子学报. 2020,49(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
DPC在轨观测原理
DPC在轨成像几何模型如图2所示，基本原理为中心投影.图中G表示地表物点，P为DPC投影中心，电荷耦合器件（Charge Coupled Device,CCD）上像点为M,Z表示DPC光轴，全球定位系统（Global Positioning System,GPS）和姿态测量系统（Attitude Determination System,ADS）用于确定DPC在轨运行过程中投影中心的位置和光轴的指向.根据共线方程基本原理（即像点M、投影中心P和物点G三点共线）可将DPC在轨成像几何模型描述为
DPC偏振图像配准是指同一波段三个不同检偏通道图像间的配准.DPC采用光楔滤光片直接将同一波段三个检偏通道的0级图像数据配准，使同一像元探测同一地物目标.如图3所示，同一波段的三个检偏通道为相邻通道.P1、P2和P3通道中检偏器的透光轴相对方向分别为0o、60o和120o.P1和P3通道采用光楔滤光片，P2采用平板滤光片.光楔滤光片使P1和P3通道相对于P2通道在沿轨方向上有-1和+1像元的偏移，补偿由于分时测量时卫星运动引起的图像偏移.实验室测得其配准性能优于0.1像元.研究表明在像移小于等于0.1个像元时，由像移产生的线偏振度测量误差小于0.5%[13].偏振图像的配准精度仅受到光楔滤光片在轨运行状态的影响.DPC多角度图像配准是指同一波段各观测角度图像之间的配准，多光谱图像配准是指同一探测周期内各光谱波段图像的配准.DPC多角度、多光谱图像配准方法的基本思路是通过将所有数据投影到DPC地球参考网格上以实现对多角度、多光谱图像的配准.该方法通过DPC在轨成像几何模型计算出CCD阵列上每一个像元(i,j)对应的地球参考网格坐标(l,p)，再经过线性插值得到精确的像素值.当在轨成像几何模型中各参数均准确无误时，多角度、多光谱图像将会被严格配准到DPC地球参考网格之上.
【参考文献】：
期刊论文
[1]低轨卫星高精度轨道递推算法研究[J]. 温渊,白沐炎,易灵,陈长春,方华,李云端. 上海航天. 2019(S2)
[2]高分五号卫星姿轨控分系统设计[J]. 牛睿,朱文山,李利亮,蔡陈生,刘川,朱琦. 上海航天. 2019(S2)
[3]星载多角度偏振成像仪测量精度验证与偏差分析[J]. 张苗苗,孟炳寰,骆冬根,杨本永,提汝芳,洪津. 光学学报. 2018(08)
[4]偏振成像仪几何定标数据处理及软件设计[J]. 陶菲,洪津,宋茂新,李双,涂碧海,王羿. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[5]星载多角度偏振成像仪非偏通道全视场偏振效应测量及误差分析[J]. 钱鸿鹄,孟炳寰,袁银麟,洪津,张苗苗,李双,裘桢炜. 物理学报. 2017(10)
[6]线阵推扫式相机高精度在轨几何标定[J]. 孟伟灿,朱述龙,曹闻,曹彬才,高翔. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(10)
[7]星载多角度偏振成像仪光学系统设计[J]. 杨伟锋,洪津,乔延利. 光学学报. 2015(08)
[8]一种利用物方定位一致性的多光谱卫星影像自动精确配准方法[J]. 王密,杨博,金淑英. 武汉大学学报(信息科学版). 2013(07)
博士论文
[1]多角度偏振成像仪杂散光特性与校正研究[D]. 张苗苗.中国科学技术大学 2019
本文编号：3393166
【文章来源】：光子学报. 2020,49(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
DPC在轨观测原理
DPC在轨成像几何模型如图2所示，基本原理为中心投影.图中G表示地表物点，P为DPC投影中心，电荷耦合器件（Charge Coupled Device,CCD）上像点为M,Z表示DPC光轴，全球定位系统（Global Positioning System,GPS）和姿态测量系统（Attitude Determination System,ADS）用于确定DPC在轨运行过程中投影中心的位置和光轴的指向.根据共线方程基本原理（即像点M、投影中心P和物点G三点共线）可将DPC在轨成像几何模型描述为
DPC偏振图像配准是指同一波段三个不同检偏通道图像间的配准.DPC采用光楔滤光片直接将同一波段三个检偏通道的0级图像数据配准，使同一像元探测同一地物目标.如图3所示，同一波段的三个检偏通道为相邻通道.P1、P2和P3通道中检偏器的透光轴相对方向分别为0o、60o和120o.P1和P3通道采用光楔滤光片，P2采用平板滤光片.光楔滤光片使P1和P3通道相对于P2通道在沿轨方向上有-1和+1像元的偏移，补偿由于分时测量时卫星运动引起的图像偏移.实验室测得其配准性能优于0.1像元.研究表明在像移小于等于0.1个像元时，由像移产生的线偏振度测量误差小于0.5%[13].偏振图像的配准精度仅受到光楔滤光片在轨运行状态的影响.DPC多角度图像配准是指同一波段各观测角度图像之间的配准，多光谱图像配准是指同一探测周期内各光谱波段图像的配准.DPC多角度、多光谱图像配准方法的基本思路是通过将所有数据投影到DPC地球参考网格上以实现对多角度、多光谱图像的配准.该方法通过DPC在轨成像几何模型计算出CCD阵列上每一个像元(i,j)对应的地球参考网格坐标(l,p)，再经过线性插值得到精确的像素值.当在轨成像几何模型中各参数均准确无误时，多角度、多光谱图像将会被严格配准到DPC地球参考网格之上.
【参考文献】：
期刊论文
[1]低轨卫星高精度轨道递推算法研究[J]. 温渊,白沐炎,易灵,陈长春,方华,李云端. 上海航天. 2019(S2)
[2]高分五号卫星姿轨控分系统设计[J]. 牛睿,朱文山,李利亮,蔡陈生,刘川,朱琦. 上海航天. 2019(S2)
[3]星载多角度偏振成像仪测量精度验证与偏差分析[J]. 张苗苗,孟炳寰,骆冬根,杨本永,提汝芳,洪津. 光学学报. 2018(08)
[4]偏振成像仪几何定标数据处理及软件设计[J]. 陶菲,洪津,宋茂新,李双,涂碧海,王羿. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[5]星载多角度偏振成像仪非偏通道全视场偏振效应测量及误差分析[J]. 钱鸿鹄,孟炳寰,袁银麟,洪津,张苗苗,李双,裘桢炜. 物理学报. 2017(10)
[6]线阵推扫式相机高精度在轨几何标定[J]. 孟伟灿,朱述龙,曹闻,曹彬才,高翔. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(10)
[7]星载多角度偏振成像仪光学系统设计[J]. 杨伟锋,洪津,乔延利. 光学学报. 2015(08)
[8]一种利用物方定位一致性的多光谱卫星影像自动精确配准方法[J]. 王密,杨博,金淑英. 武汉大学学报(信息科学版). 2013(07)
博士论文
[1]多角度偏振成像仪杂散光特性与校正研究[D]. 张苗苗.中国科学技术大学 2019
本文编号：3393166
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