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1、星载立体成像技术分析与进展,姓名：顿雄 学号：J2007002 班级：航天三院8358所进修生,主要内容,星载立体成像的意义 星载立体成像分类 CCD立体相机实现立体测量 总结展望,星载立体成像的意义,立体成像指通过一定的方法和手段获得物体的三维轮廓和灰度图象。 星载立体成像采用卫星平台，运行轨道高、观测视野广 可以触及世界的每一个角落。 星载立体成像也是外太空探测（火星，月球）的主要手段，是进行载人登陆的必要条件。,星载立体成像分类,立体观测：利用人眼的视觉原理，通过左右视差来获取三维信息，CCD立体相机属于这一类。（被动技术） 干涉雷达测量：属于微波遥感技术，通过微波的干涉来提取物的三维信
2、息，具有全天候的优势。（主动技术） 扫描激光成像：利用了激光测距技术，通过扫描测量各个位置的高程获得物体轮廓图，具有速度快，高程分辨率高的优点.（主动技术）,CCD立体相机实现立体测量,由于星载成像的特点，立体观测一般采用线阵探测器。 立体观测一般采用两个相机（经典的双视差理论），也可以采用一个相机（需要相机有变焦功能）或采用三个相机（具有精度高，提供的信息丰富特点 ） 目前星一号月球探载立体观测大都采用三个立体相机（如日本的ALOS对地观测卫星，中国的嫦娥测卫星）,CCD立体相机实现立体测量,嫦娥一号所用的相机其实是三线阵CCD的一种改进型，其采用了一个大面阵CCD和大视角的光学系统，通过只
3、使用面阵上的三个线条区，其它的全部挡住，它们分别扫描出一幅图像，实现了三线阵CCD的功能，相比于前者其结构更加紧凑，方便按装在卫星上。,CCD立体相机实现立体测量,CCD立体相机的测量原理,每个CCD阵列以一个同步的周期N 连续扫描地面并产生三条相互重叠的航带图像As，Bs，Cs。B为正视传感器，A为前视传感器，C为后视传感器。,如果知道每一个扫描时刻N时三线阵CCD摄影测量相机所摄数字影像的六个外方位元素和三线阵CCD相机的内方位元素，那么地面上的任一物点在三个不同时刻时在三个CCD线阵A，B，C上的像点坐标就可以完全确定了，反之，如果能够求出对应点的像点坐标就可以计算出点的地面坐标。,CC
4、D立体相机实现立体测量,影响CCD立体相机测量精度的各种因素及补偿措施,偏流角：当卫星绕地球运转时，由于地球自转角速度的影响，使得相机相对被摄景物的移动方向（航迹线）与相机星下点线速度方向（航向线）不一致，这种不一致就称为偏流角。它会导致同一摄影时刻三台相机在地面的成像位置相差较大，如下图所示,有效区,机械补偿方法 软件补偿法 像移速度滤波处理法 电子学补偿法,CCD立体相机实现立体测量,影响CCD立体相机测量精度的各种因素及补偿措施,角位移和线位移：角位移指CCD相机实际位置与理想位置之间的角度偏差，线位移指CCD相机实际位置和理想位置平面移动的偏差。,这些误差是系统误差，可以通过数据处理来
5、消除,CCD立体相机实现立体测量,相机的辐射标定,CCD辐射标定的目的是把光学遥感器电路输出数据（一般为电压）与被探测的物理量，如目标的辐射亮度、反射光谱强度等在一定的精度范围内直接联系起来，使其真实地反映被探测目标的状况，精度愈高，反映的真实性愈好,CCD辐射标定分为实验室标定和星上标定。,试验室标定内容包括CCD 裸片的检测和相机的整机，裸片定标裸片检测包括暗电流检测和像元响应均匀性检测。整机标定包括相对标定和绝对标定,CCD立体相机实现立体测量,内方位元素标定,内方位元素指CCD的主焦距，像主点和交会角。内方位元素标定就指通过测试精确的得到内方位元素。,焦距和主点标定：焦点和主点坐标由公
6、式 采用最小二乘法多元回归，根据记录下每个测量点的坐标值和角度值（方位角）得到它们的准确值。 交会角标定：保持方位角不动，高低角转动，每次转5”，此时对物方一30*30大小的图像进行扫描，通过内插细分（矩心）算法，计算出星点图像位于中心点时对应的高角值。此值即为交会角。,CCD立体相机实现立体测量,立体影像的重建：首先需要进行立体图像的匹配，寻找同名点，根据同名点的三个坐标再采用各种逆推算法得到所对应地面点的坐标或高程信息。,立体图像匹配：目的是为了寻找同名点，主要依据核线理论，使二维匹配转化为一维匹配，它需要引入扩展核线模型。,CCD立体相机实现立体测量,传统的立体影像解析方法：根据卫星的位
7、置、姿态信息（外方位元素）和影像像点坐标，基于共线方程求解地面目标的空间坐标，如右图所示。,立体影像的重建,CCD立体相机实现立体测量,立体影像的重建,空间三角光束平差法：其分为EFP（等效幅框相片）法和定向片法。 定向片法的原理是假定两个相邻定向片之间的像点相应的外方位元素可看作由此两定向片外方位元素（待求值）内插生成，通过内插得到。 EFP法是将EFP像片时刻相近的像点坐标通过投影变换为EFP像片上的像点坐标，然后以EFP像点坐标按共线方程组成未知数误差方程解算外方位元素。,其对外方位元素的稳定性要求不高,CCD立体相机实现立体测量,立体影像的重建,基于时间差的重建方法：利用了不同高度物体
8、拍摄的时间间隔不同的特点。 转为正直影像进行立体测绘的方法：有效的减少了外方位元素，方便图像重建。,总结展望,完善立体相机的各种误差因素的测量和原因分析，建立一种方便准确的图像匹配与重建算法。 提高测量外方位元素的器件GPS和INS的精度。 多种观测体制的相互结合，实现优势互补。例如对于月球探测时，两极地区没有光照，这时就只有使用激光扫描测绘方法，多于灰度信息，立体光测有很大优势。 多传感器探测数据融合研究也是未来重点。,参考文献,1.葛之江，殷礼明. 月球遥感立体测绘技术的发展. 航天返回与遥感. 2005, 26(2),11-21 2.陶家生. 大型航天三线阵立体测绘相机精度敏感因素的分析
9、. 光学技术. 2006,32(1), 89-91 3.王珏. 绕月探测工程CCD立体相机的实验室辐射定标. 天文研究与技术. 2007,4(1), 30-35 4.巩丹超. 扩展核线模型在线阵CCD卫星遥感影像立体匹配中的应用. 2006, 6(6), 570-574 5.袁孝康. 一种新的卫星光学立体测量技术. 上海航天. 2007(3), 1-5 6.王任享. 将卫星三线阵CCD影像变换为正直影像进行立体测绘. 测绘科学. 2007,32(3), 5-14 7. Riichi Nagura. Multi-Stereo Imaging System using a New Data Compression Method. IEEE. 2006,794-799,谢谢,
