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多片TDI-CCD卫星影像拼接方法研究

曹彬才  
【摘要】:为了保证高分辨率卫星影像的成像质量和较大幅宽,主流航天光学遥感相机都采用了多片TDI-CCD拼接技术。多片TDI-CCD通常交错排列、单独记录,通过对分片影像的拼接处理获取宽幅影像。本文针对我国某测绘卫星的高分辨相机8片交错式TDI-CCD影像的高精度拼接方法展开研究,主要内容和创新点包括:1.分析了多片交错式TDI-CCD成像特点。重点讨论了相邻子影像片间偏移量的影响因素,包括分片CCD位置关系、偏流角控制、行积分时间调整、地形起伏等。通过分析为高精度拼接算法提供理论支撑并积累先验知识。2.研究了基于图像匹配的像方拼接算法。分片影像具有同源性、同时性和一定的重叠度,采用图像匹配的方法选取大量连接点可以较好的完成影像拼接。本文研究了片间连接点的可靠提取方法,主要技术包括基于知识的同名点范围预测、双向匹配、基于地形连续性的粗差剔除等;同时讨论了不同的片间拼接基准和拼接模型,在此基础上设计实现了多种像方拼接算法。其中,分段仿射变换算法和基于行积分时间均衡化的整体仿射变换算法都能达到子像素级拼接精度。3.研究了基于严格成像模型的物方拼接算法。首先,利用实验室标定参数构建了高分辨率相机各分片CCD严格几何模型;为了改善定位精度,消除系统误差,随后对高分辨相机进行了“先外后内”的在轨几何标定,即首先检校外定向误差参数(这里指姿态角常差),然后引入附加多项式系数的单片自检校模型,改正单片CCD的几何畸变;得到优化的成像模型后,本文采用虚拟长线阵的物方拼接算法,利用物方空间的连续性获取宽幅影像。经过实验验证,物方拼接也能达到子像素级拼接精度。本文的拼接算法均以我国某测绘卫星高分辨率相机为基础进行设计,并经过了真实卫星数据检验,具有一定的实用性。


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