艇载推帚式高光谱成像系统的地面模拟仿真.pdf

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1、第39卷第3期测绘科学Vo1．39NO．32014年03月ScienceofSurveyingandMappingMar．艇载推帚式高光谱成像系统的地面模拟仿真杨玲波，张爱武，孟宪刚，王书民，胡少兴。，孙卫东。(1．首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室，北京100048；2．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191；3．清华大学电子工程系，北京100084)摘要：本文针对近年来飞艇遥感监测的需求，在自主开发的高光谱推帚成像系统的基础上，建立了基于飞艇的推帚式高光谱成像模型，给

2、出多坐标系转换关系，快速准确地校正推帚式高光谱图像；同时通过地面仿真实验模拟高空飞艇运动姿态，在实际飞行之前，验证成像模型的可靠性和正确性，降低实际飞行风险及费用。关键词：艇载高光谱推帚成像模型；几何校正；地面仿真；直接地理定位【中图分类号1P231．2；TP75l【文献标识码】A【文章编号】1009—2307(2014)03—0094—05素，那么所用POS(PositionOrientationSystem，1引言定位定向系统)的精度、飞艇平台本身的稳定性直接自2O世纪8o年代高光谱遥感技术出现

3、以来，影像成像质量。因此，以受气流影响大的飞艇为移高光谱成像系统在地质找矿和制图、大气和环境动平台，其扫描成像远比星载和机载复杂。监测、农业和森林调查、海洋监测、军事侦察等本文针对艇载高光谱推扫成像的特点，建立领域等得到广泛应用口j。目前高光谱遥感成像系统了一个地面模拟仿真系统，通过多次试验，详细的载体平台主要有星载和机载这两种。考虑到经推导并验证出艇载高光谱推扫成像几何校正模型，济性、观测条件，星载和机载都有一定的局限性。快速准确地校正高光谱推扫图像，为后续的基于星载平台轨道固定，观测时问和重复性

4、受限，空飞艇平台的推帚式高光谱成像系统开发完成前期间分辨率低。机载平台受空域限制，且无法悬停。的地面仿真实验，降低风险和费用。相比而言，飞艇平台作业成本低、机动灵活、可2高光谱推帚成像几何校正模型规划航线、可悬停、观测范围宽、受空中管制影响较小，起飞场地条件要求低；低空飞艇可云下推扫式高光谱相机采用线中心投影成像模式，观测，在安全性、稳定性上优于无人机，高空飞整幅影像由许多条扫描影像线排列而成。由于平台艇可长期驻空、机动定点、覆盖范围广。开展飞的不稳定性和线中心投影成像的特殊性使得推扫影艇平台高光谱

5、遥感观测研究。不仅可快速准确获像无法使用传统空三或者多项式拟合方法进行几何取连续的高光谱数据，而且可对重点区域定点观校正。本文借助POS系统获取的位姿数据，得到出测，有利于特定目标和环境弱变化监测l1]。每帧影像的外方位元素，从而计算出高光谱影像上可是就目前研究状况看，研究工作主要停留每一像元对应地面点实际地理坐标，完成几何校正。在低空飞艇携带普通数码相机进行简单测绘上，2．1坐标系定义国内外关于飞艇高光谱推扫成像研究都很少_2_3l。1)惯性导航相关坐标系高光谱推扫成像必须已知每一线图像的外方位元

6、①IMU坐标系(I)与载体坐标系(b)：因IMU固连在载体上，故设定载体坐标系与IMU坐标系相同，根据IMU的安装方式，定义载体坐标系的作者简介：杨玲波(1989)，男，硕士研究生，主要从事三维信息获取与应x轴以前进方向为正，Y轴指向前进方向左翼．z用等方面的研究工作。轴向上；②导航坐标系(n)：本文采用东北天E—mail：younglimpo@163．corn(ENU)导航坐标系，其X轴指东，y轴指北，z轴与当地水平面垂直向上；③地心地固坐标系(e)：收稿日期：2012-8—21地心地固坐标系(E

7、CEF)是以地球质心为原点的空基金项目：国家科技支撑计划资助项目(2012BAH31B01)；教育部新世纪间直角坐标系，其x轴指向格林尼治平均子午面优秀人才资助项目(NCET一08—0630)与赤道面交点，z轴指向地球北极，y轴与x轴、第3期杨玲波等艇载推帚式高光谱成像系统的地面模拟仿真95Z轴组成右手坐标系。2)摄影测量相关坐标系①像方坐标系(B)：像方坐标系原点在相机投影中心，X轴指向前进方向，z轴向上，y轴指向前进方向左手边；②物方坐标系(E)：由于测区范围较小，本文物方坐标系采用原点在测区中

8、心的空间笛卡尔直角坐标系，其X轴指东，y轴指北，Z轴与当地水平面垂直向上。7标系图1ECEF坐标系与导航坐标系一。1f-co。sB0。nB]cosiL也s。inLL1o0J一inBo∞loo1J●r—sinLCOSL0]z气一1——sinBCOSL——sinBsinLCOSBI

9、像方空间坐标系＼LCOSBCOSLCOSBsinLsinBJ——x‰焦觚点：’．-像主jrin一。0]研l001J图2物方坐标系与像方坐标系i¨cosn0]J0-量sinO]2．2坐标系转换及