高分七号立体测绘数据在1∶1万基础地理信息更新中应用

我国首颗亚米级立体测绘卫星,高分七号在1∶1万基础地理信息数据更新具有精度高、成本低、覆盖广、更新快等优势,本文结合1∶1万基础地理信息更新的业务标准与规范,探索了基于高分七号立体测绘数据开展1∶1万基础地理信息更新的技术流程与方法,验证其在1∶1万基础地理信息数据更新中的测图精度和适应性。结果表明,利用高分七号立体测绘数据开展1∶1万基础地理信息更新,其测图精度较高,可作为省级1∶1万基础地理信息资源数据更新应用数据源推广使用。

立体测绘型双翼无人机航空影像阴影角度校正方法

针对当前无人机航空影像阴影角度校正方法存在校正精度和召回率较低,导致无人机航空影像信息的利用价值降低的问题,本文提出了立体测绘型双翼无人机航空影像阴影角度校正方法。以无人机检测到的影像阴影边缘为基础点,计算航空影像色彩空间的色调差参照值和阴影区域的色调分量,根据阴影区域的纹理特征,去除无人机航空影像的阴影;考虑双翼无人机航行的空间位置,将无人机航空影像的RGB(red green blue)色彩空间转换为HSV(hue saturation value)色彩空间,通过无人机航空影像阴影角度的平滑处理,控制无人机航空影像阴影角度;利用灰度线性变化算法与自适应阈值计算法,对无人机航空影像阴影角度进行校正处理,实现对无人机航空影像阴影角度的精确校正,完成无人机航空影像阴影角度的控制与校正算法设计。结果表明:采用本文方法在Txcet-M数据集和Nfteg-H数据集进行航空影像测试,校正精度最高可达99%,召回率最高为98%;在GIswu-K数据集进行测试,得到的校正精度和召回率均在75%以上。这说明利用本文方法可以较好地优化航空影像阴影角度校正性能。

传输型立体测绘相机的调焦机构设计

提高立体测绘相机地面像元分辨率和地面目标的定位精度,相机需设计调焦环节用以补偿CCD靶面的离焦量。本文根据立体测绘相机光学结构的特点以及相机的焦深,设计了一种基于凸轮导向的调焦机构。在设计中采用了可靠性设计和消空回措施,以保证结构的强度和刚度以及调焦精度。对传动误差的分析及精度验证试验表明:该调焦机构的传动误差为±1.71μm;CCD靶面的直线性精度在X方向为11.2″、Y方向为11.8″;在调焦行程内CCD靶面绕光轴旋转4.7″,满足用户提出的精度要求。

三线阵立体测绘相机热控系统的设计

为了保证测绘相机的正常工作和测绘精度,针对测绘相机的特点设计了热控系统,并对该系统进行了热平衡试验验证。首先,对测绘相机所处的热环境进行了分析,对测绘相机窗口的外热流进行了计算。然后,对测绘相机的各个部分进行了热设计;采用被动热控措施控制相机的温度水平,降低测绘相机系统对外部热环境变化的灵敏度;采取主动热控措施进行温差补偿,减小相机的轴向和对径温差。最后,根据测绘相机的热环境和各种工作模式设计了3种极端试验工况,进行了热平衡试验。试验结果表明,在热控系统工作的情况下,测绘相机系统在各种工况下温度波动在(18±2)℃之内,且轴向温差<4℃,径向温差<0.5℃,测绘基座的温度在(18±3)℃之内。得到的结果能够满足测绘相机系统的需求。

三线阵立体测绘卫星的测绘精度分析

为满足立体测绘卫星的设计要求,通过构建三线阵CCD影像的摄影测量估算模型,对三线阵CCD影像的立体测绘精度进行分析,研究了影响立体测绘精度的主要误差源.进而,依据立体测绘的精度要求,对卫星设计中所涉及的有关主要误差源,如GPS定位系统、姿态测量与控制系统、时统以及相机有效载荷系统,提出了相关的技术要求和保证测绘精度所应采取的技术措施.

线阵-面阵CCD三线阵立体测绘相机焦平面组件的研制

介绍了线阵-面阵CCD(LMCCD)制式相机的相关原理,提出实现LMCCD相机的关键在于相机焦平面组件的研制。给出了LMCCD相机焦平面组件在研制过程中的关键技术,如LMCCD像面基板与CCD的高精度拼接,焦平面组件电子学部分的低噪声、高集成度设计,焦平面组件在真空环境下的热噪声抑制和热传导设计,以及焦平面组件的装配和焊接等。最后,给出了研制和测试结果。LMCCD拼接的共面精度优于5μm,平移量和平行度均优于2μm;在典型工作情况下,实验室测试信噪比优于90;在15min的工作周期下,焦面组件的温度控制在30℃以下。这些结果满足LMC-CD制式相机关于CCD拼接、焦面温度控制和信噪比的要求。

三线阵立体测绘相机构像及误差模型的建立

为了满足立体测绘系统的定位精度要求,在三线阵立体测绘相机研制基础上,通过建立三线阵立体测绘相机实用构像模型,确立被探测地面点在地面坐标系中的坐标与其像点在CCD坐标系中的坐标以及在统一的像平面坐标系中的坐标之间的数学关系式;并在此基础上,推导了三线阵立体测绘实用误差模型,分析影响系统定位精度的主要误差源,并根据相机参数进行综合定位精度分析,结果表明该系统可达到无控定位精度50m的精度要求,同时验证了构像模型及误差模型的正确性。

三线阵CCD立体测绘相机的集成装调

考虑几何精度对三线阵CCD立体测绘相机测绘精度的影响,研究了测绘相机组合体的装调方法以建立和保证相机的空间几何关系。首先,介绍了测绘相机组合体的结构和坐标系的定义;其次,提出了各基准立方镜和相机的装调要求;最后,确定了多相机集成装调流程,重点介绍了测绘相机的装调步骤。装调结果表明:各相机的光学传递函数>0.2,畸变<0.03%,测绘相机的空间几何关系满足要求,提出的集成装调技术有效地保证了测绘相机的空间几何关系。

将卫星三线阵CCD影像变换为正直影像进行立体测绘

可以展望利用卫星三线阵CCD影像自动采集的DEM、按共线方程将三线阵CCD影像变换为正直摄影像对(Normal case photography)提供用户立体测绘。文中着重讨论了正直摄影像中不在DEM表面上的目标点的位置误差,以及改进的立体测绘数学模型。利用卫星获取的前、后视CCD影像,并在其上添加由计算机生成的高层目标(约300m)的图像,验证了生成的正直影像对立体测绘的可行性,试验的高层目标点的坐标量测中误差为实验影像的0.5像元之内。

基于等效成像模型的立体测绘相机成像信噪比分析

为了评价立体测绘相机的成像质量和辐射性能,对相机成像信噪比特性进行了研究。通过对成像电路信号转换过程及各种噪声影响进行分析,建立了相机成像电路等效成像模型;根据立体测绘相机成像电路的工作状态对成像电路的输出信号、增益及各种噪声进行分析;利用相机的工程参数对立体测绘相机成像信噪比进行了分析计算;并对立体测绘相机进行实验室辐射定标测试。计算结果表明相机在4.33 W.m-2.sr-1、12.47 W.m-2.sr-1和40.41 W.m-2.sr-1这3种辐亮度条件下相机成像信噪比分别达到68倍、134倍和245倍。计算结果与实验结果最大相差4.4%,小于实验室绝对辐射定标精度7%。分析结果表明成像电路等效输出模型和成像信噪比计算方法是完全正确的,可以应用于立体测绘相机成像质量评价。

光学遥感立体测绘技术综述及发展趋势

介绍了国内外光学遥感测绘卫星技术现状,总结了高精度光学遥感卫星立体测绘领域中的关键技术,分析了测绘有效载荷、时间同步、卫星定轨定姿、几何定标、立体测图以及影像压缩与质量评价技术,给出了技术发展趋势,为国家高精度光学遥感立体测绘卫星技术发展提供参考。

基于在轨成像物理机理的立体测绘相机建模与仿真

基于在轨成像物理机理的立体测绘相机成像建模与仿真综合考虑了大气辐射传输、卫星运行平台、光学系统成像、相机辐射响应等各个环节,采用数值模拟技术进行精确建模,可用于进行成像过程端到端的完整分析,评估成像系统设计可行性及成像质量。本文以可见光立体测绘相机为例,采用高精度高、分辨率地表物理模型作为输入源,首先结合立体测绘相机内外方位元素计算正视相机和前视相机CCD光敏面各亚像元区域中心的观测向量,然后根据目标相机的成像参数得到地面目标在相机入瞳处的辐亮度,最后通过光线追迹算法和光学系统点扩散函数模型计算探测器靶面的辐通量,经由探测器辐射响应模型得到数字影像。实验结果表明,正视相机几何物理模型定位精度达124 m,前视相机定位精度达193 m,能够较为可靠地模拟出立体影像,模拟方法可行。

两线阵CCD相机几何指标差异对立体测绘的影响

为了准确、全面地揭示相机几何指标在立体测绘中的误差传播规律,研究了两线阵CCD相机几何指标差异与定位准确度之间的关系.针对两线阵立体测绘特点,分析了影响测绘定位的几何指标差异参量.在前方空间交会地面点计算公式的基础上,推导并建立了两线阵相机定位准确度模型,据此研究了内方位元素标定误差间的几何指标差异对定位准确度的影响规律.结果表明:主点位置x方向误差间的差异对定位准确度影响显著,当其值从1μm增至2.5μm时,定位准确度明显下降了60%,焦距f误差间的差异对定位准确度的影响几乎可忽略.本文所建立的模型与相关研究结论对两线阵CCD相机指标的量化与优化设计具有重要指导意义.

双基高比线面阵结合立体测绘几何模型的构建

目前,中国1︰5 000大比例尺航天立体测绘及城市测绘能力存在不足,现有光学测绘卫星的性能指标和测绘体制难以满足大比例尺立体测图的需求,亟需开展甚高精度航天立体测绘新体制研究。文章提出双基高比线面阵结合测绘新体制,以解决在城市等复杂地物目标测绘中存在的遮挡、畸变和辐射差异等问题。以共线条件方程为基础,分析面阵相机和线阵相机的成像机制,给出顾及像点特性的各类系统误差模型,引入各类附加观测值,建立双基高比线面阵结合立体测绘的传感器严格几何成像模型,并基于仿真影像进行双基高比线面阵结合定位精度分析,验证了成像模型的正确性,可为实现1︰5 000比例尺甚高精度航天立体测绘提供一种新思路和解决途径。

应用地球椭球的三线阵立体测绘相机像移补偿

分析了三线阵立体测绘相机成像原理,针对三线阵立体测绘相机在对地成像过程中存在的前视、正视和后视相机像移速度和偏流角的差异,推导了基于地球椭球的前视、正视和后视相机像移速度和偏流角计算公式。以某三线阵立体测绘相机为例,选取WGS84地球椭球模型,分析了前视相机和后视相机都以正视相机为准调整行周期和偏流角时,像移速度匹配残差和偏流角残差对像质的影响。分析及实验结果表明,以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数>2时,应分别调整前视、正视和后视相机的行周期;按正视相机调整前视相机和后视相机的偏流角时,积分级数应取40级以内。

三线阵立体测绘相机时间系统优化与实时检测

为了提高三线阵立体测绘相机的时间同步精度,对相机时间系统工作原理进行了分析,建立了三线阵立体测绘相机的相机时间同步误差模型,并根据该模型采取缩短行同步计数器查询周期等多项措施对相机时间系统进行优化。针对相机时间同步误差在摄影过程中会随相机控制器工作时序变化这一现象,提出了一种实时检测相机时间同步精度的方法,用于实时检测并全程记录摄影过程中相机时间同步误差的动态变化,解决了常规仪器由于存储深度不足而无法长期检测这一难题。利用该方法检测了优化后的三线阵立体测绘相机时间系统的时间同步精度,结果表明,摄影过程中三线阵立体测绘相机的时间同步误差≤74.8μs,相机时间同步误差绝对值≤11.2μs的概率不低于0.95,满足技术指标要求。

星载立体测绘相机立方镜间姿态标定

介绍了测绘相机立方镜与星敏感器立方镜间坐标系转换关系的标定方法。采用4台自准直经纬仪分别对两个立方镜进行准直测量,建立立方镜坐标系,并推导了基于准直测量角度的立方镜坐标系的旋转矩阵公式;利用经纬仪间短边互瞄方法实现两个立方镜间姿态的传递。标定试验表明,该方法可以标定出两立方镜坐标轴间夹角以及测绘相机间的姿态关系,满足了相机研制要求。

三线阵立体测绘相机高精度时间同步设计方法

为保证图像定位精度,三线阵立体测绘相机需要具有高精度的时间同步功能,研究了一种时间同步设计方法。以GPS硬件秒脉冲信号做为时间基准,结合总线广播的整秒时刻信息以及相机内部计时器数据来记录成像时刻。详细描述了时间信息产生链路上各部分的设计,通过这种硬件和软件相结合的办法,解决了时间基准和时间精度的问题,实现了三线阵立体测绘相机与整星的高精度时间同步,为图像后期地面处理提供了有力的保障。经过实验验证,三线阵立体测绘相机的时间同步精度为优于15μs,满足图像测绘精度的要求。

传输型立体测绘卫星定位误差分析与评估

分析了影响传输型立体测绘卫星影像定位精度的误差源,建立了星地误差仿真与评估模型,进行了星地链路误差仿真计算。实践表明:利用星地全链路误差仿真与评估数学模型可以实现星地误差链路的定量分析,为卫星系统指标论证和研制提供技术支撑。

LMCCD立体测绘成像设计

受现今轨道和姿态测量以及姿态控制精度的限制,与传统三线阵立体测绘相比,采用线面阵CCD阵列(LMCCD)测绘体制可提高全球无地面控制点立体测绘精度。详细介绍了LMCCD立体测绘体制下的传感器配置、时间延迟积分(TDI)工作方式及狭小空间线路板连接和LMCCD同步控制方法。经测试该相机能有效削减测轨、测姿误差,满足无地面控制点1:50 000比例尺地图应用要求,性能还可进一步改进提高。