一種星載雙鏡頭相機(jī)圖像轉(zhuǎn)為單中心圖像的處理方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星遙感圖像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙鏡頭線陣相機(jī)圖像轉(zhuǎn)為單中 心圖像的處理方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 星載線陣CO)(電荷稱合器件，charge coupled device)圖像作為一種較為普遍 而實(shí)用的圖像獲取方式在衛(wèi)星遙感領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是由于單個(gè)鏡頭相機(jī)對(duì)地球觀 測(cè)的視場(chǎng)角比較有限，因此人們?cè)O(shè)計(jì)了采用兩個(gè)鏡頭相機(jī)垂直于衛(wèi)星飛行方向按照左右并 排放置的方式同時(shí)對(duì)地球進(jìn)行觀測(cè)而獲取地面圖像的遙感器，從而可以觀測(cè)到更大范圍的 地表信息，實(shí)現(xiàn)寬覆蓋的獲取能力，有效提高圖像獲取的效率。
[0003] 左右并排放置的雙鏡頭線陣C⑶相機(jī)其獲取能力提高也對(duì)后續(xù)的圖像處理和應(yīng) 用帶來(lái)了挑戰(zhàn)。在一些后期處理和應(yīng)用中，尤其是利用星載雙鏡頭線陣CCD圖像進(jìn)行圖像 校正和三維立體定位中，迫切需要將雙鏡頭圖像轉(zhuǎn)換為單鏡頭方式的圖像，即將雙中心投 影獲取的圖像轉(zhuǎn)換為等效的單中心投影圖像，從而可以方便地應(yīng)用現(xiàn)有的成熟模型或軟件 實(shí)現(xiàn)單中心投影圖像的幾何校正和三維立體定位。
[0004] 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)衛(wèi)星雙鏡頭線陣C⑶圖像轉(zhuǎn)換為單中心投影圖像的研究成果報(bào)道 極少，只有針對(duì)星載單鏡頭相機(jī)的內(nèi)視場(chǎng)多片線陣CCD拼接方法進(jìn)行過(guò)研究。而航空多鏡 頭面陣CCD圖像的轉(zhuǎn)換方法，例如李健等人提出的航空大面陣相機(jī)虛擬中心投影圖像的生 成方法（李健、劉先林、萬(wàn)幼川、劉鳳，SWDC-4數(shù)碼航空相機(jī)虛擬影像生成，第33卷第5期， 2008年5月，武漢大學(xué)學(xué)報(bào)?信息科學(xué)版），對(duì)四個(gè)鏡頭的CCD面陣圖像采用外視場(chǎng)拼接技 術(shù)來(lái)生成虛擬中心影像，主要包括了相機(jī)檢校、影像糾正、內(nèi)部相對(duì)定向、虛擬影像生成等 四個(gè)步驟。也有提出了一種航空面陣相機(jī)外視場(chǎng)拼接測(cè)量技術(shù)（王雯、宋立維、喬彥峰、余 毅，外視場(chǎng)拼接測(cè)量技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)，第18卷第9期，2010年9月，光學(xué)精密工程），給出了如 何由4個(gè)面陣CCD測(cè)量相機(jī)的外視場(chǎng)拼接而實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)測(cè)量的系統(tǒng)方案，通過(guò)4臺(tái)測(cè)量相 機(jī)以"田"字型配置在跟蹤架水平軸兩端，拼接后在視場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)了 "一"字型的大視場(chǎng)測(cè)量。
[0005] 綜上所述，目前已有多鏡頭圖像轉(zhuǎn)換為單中心投影圖像（也即虛擬中心投影圖 像）的外視場(chǎng)拼接方法，都是針對(duì)面陣CCD相機(jī)圖像。面陣相機(jī)一次獲取的圖像是矩形視 場(chǎng)范圍內(nèi)所有的像素，而星載線陣C⑶相機(jī)一次只能獲取一條"線"狀的圖像，因此線陣(XD 相機(jī)和面陣CCD相機(jī)的成像幾何關(guān)系不同，多鏡頭的面陣CCD相機(jī)和多鏡頭的線陣CCD相 機(jī)成像幾何關(guān)系也有很大不同，因此航空多鏡頭大面陣CCD相機(jī)的虛擬圖像處理方法也不 能應(yīng)用于星載雙鏡頭線陣C⑶圖像轉(zhuǎn)換方法。必須針對(duì)星載雙鏡頭線陣(XD圖像的特點(diǎn)， 采用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種雙鏡頭相機(jī)圖像轉(zhuǎn)為單中心圖像的處理方法及裝置，以實(shí)現(xiàn)星載 雙鏡頭線陣相機(jī)圖像外視場(chǎng)拼接的技術(shù)問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明提供的一種雙鏡頭相機(jī)圖像轉(zhuǎn)為單中心圖像的處理方法，包括：
[0008] 根據(jù)星載雙鏡頭線陣相機(jī)各自的視場(chǎng)角和焦距，基于雙鏡頭相機(jī)各自成像面、地 面、等效單相機(jī)成像面之間的幾何關(guān)系，確定等效中心投影的焦距；
[0009] 基于同一地面點(diǎn)在雙鏡頭相機(jī)成像面和等效單相機(jī)成像面上的投影關(guān)系，分別將 左相機(jī)圖像、右相機(jī)圖像的橫向坐標(biāo)改化計(jì)算得到單相機(jī)的橫向坐標(biāo)；
[0010] 將改化后的左相機(jī)和右相機(jī)圖像合成為一幅圖像。
[0011] 作為一種實(shí)施例方式，可以通過(guò)如下公式確定等效中心投影焦距：
[0012]
[0013] 其中，為等效單鏡頭相機(jī)的焦距，為左相機(jī)的焦距，視場(chǎng)角Θ p f2為右相機(jī)的 焦距，視場(chǎng)角92，tg表示正切三角函數(shù)。
[0014] 作為一種實(shí)施例方式，可以按照如下公式計(jì)算得到所述對(duì)左相機(jī)圖像的橫向坐 標(biāo)：
[0015]
[0016] 其中，X為改正后的橫向坐標(biāo)，Xl為左相機(jī)圖像的橫向坐標(biāo)值，f\為左相機(jī)的焦距， Θ i為左相機(jī)視場(chǎng)角，tg表示正切三角函數(shù)。
[0017] 作為一種實(shí)施例方式，可以按照如下公式計(jì)算得到所述對(duì)右相機(jī)圖像的橫向坐 標(biāo)：
[0018]
[0019] 其中，X為改正后的橫向坐標(biāo)，x2為右相機(jī)圖像的橫向坐標(biāo)值，f2為右相機(jī)的焦距， Θ 2為右相機(jī)視場(chǎng)角，tg表示正切三角函數(shù)。
[0020] 本發(fā)明提供的一種雙鏡頭相機(jī)圖像轉(zhuǎn)為單中心圖像的處理裝置，包括：
[0021] 計(jì)算單元，用于根據(jù)星載雙鏡頭線陣相機(jī)各自的視場(chǎng)角和焦距，基于雙鏡頭相機(jī) 各自成像面、地面、等效單相機(jī)成像面之間的幾何關(guān)系，確定等效中心投影的焦距；
[0022] 改化處理單元，基于同一地面點(diǎn)在雙鏡頭相機(jī)成像面和等效單相機(jī)成像面上的投 影關(guān)系，分別將左相機(jī)圖像、右相機(jī)圖像的橫向坐標(biāo)改化計(jì)算得到單相機(jī)的橫向坐標(biāo)；
[0023] 合成單元，用于將改化后的左相機(jī)和右相機(jī)圖像合成為一幅圖像。
[0024] 所述計(jì)算單元通過(guò)如下公式確定等效中心投影焦距：
[0025]
[0026] 其中，為等效單鏡頭相機(jī)的焦距，為左相機(jī)的焦距，視場(chǎng)角Θ p f2為右相機(jī)的 焦距，視場(chǎng)角92，tg表示正切三角函數(shù)。
[0027] 所述改化處理單元，按照如下公式將左相機(jī)圖像的橫向坐標(biāo)改化計(jì)算得到單相機(jī) 的橫向坐標(biāo)：
[0028]
[0029] 其中，X為改化后的橫向坐標(biāo)，Xl為左相機(jī)圖像的橫向坐標(biāo)值，f\為左相機(jī)的焦距， Θ i為左相機(jī)視場(chǎng)角，tg表示正切三角函數(shù)。
[0030] 所述改化處理單元，按照如下公式將右相機(jī)圖像的橫向坐標(biāo)改化計(jì)算得到單相機(jī) 的橫向坐標(biāo)：
[0031]
[0032] 其中，X為改化后的橫向坐標(biāo)，x2為右相機(jī)圖像的橫向坐標(biāo)值，f2為右相機(jī)的焦距， Θ 2為右相機(jī)視場(chǎng)角，tg表示正切三角函數(shù)。
[0033] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明星載雙鏡頭線陣CCD圖像轉(zhuǎn)換為單中心投影圖 像的方法應(yīng)用了兩個(gè)鏡頭相機(jī)各自的焦距和視場(chǎng)角參數(shù)，通過(guò)計(jì)算得到了等效的嚴(yán)密的單 鏡頭相機(jī)焦距，轉(zhuǎn)換的單中心圖像就等價(jià)于是一個(gè)單鏡頭相機(jī)獲取的線陣CCD圖像，無(wú)需 再進(jìn)行處理，只需給出等效焦距就可以十分方便地應(yīng)用現(xiàn)有的軟件進(jìn)行圖像校正和立體定 位。
[0034] 上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠 更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明 的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：
[0036] 圖1為星載雙鏡頭線陣(XD圖像轉(zhuǎn)換為單中心投影圖像方法的流程；
[0037] 圖2為星載雙鏡頭線陣CCD相機(jī)獲取圖像等效為單鏡頭相機(jī)的幾何示意圖；
[0038] 圖3A為星載雙鏡頭線陣C⑶相機(jī)獲取的左右相機(jī)圖像圖；
[0039] 圖3B為利用圖1所示方法對(duì)圖3A的雙鏡頭圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的效果圖。
[0040] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的星載雙鏡頭相機(jī)圖像轉(zhuǎn)為單中心圖像的處理裝置結(jié)構(gòu)示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。在附圖中以簡(jiǎn)化或是方便標(biāo)示，且附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式， 為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的 示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近 似于相應(yīng)的值。
[0042] 本發(fā)明星載雙鏡頭線陣CCD圖像轉(zhuǎn)換為單中心投影圖像的方法應(yīng)用雙鏡頭相機(jī) 的系統(tǒng)參數(shù)得到等效單相機(jī)的焦距；根據(jù)左右兩臺(tái)相機(jī)和等效相機(jī)的幾何關(guān)系，將左右相 機(jī)的圖像分別轉(zhuǎn)換到等效單相機(jī)的圖像坐標(biāo)，并組合在一起，得到等效的單相機(jī)獲取的中 心投影圖像。本發(fā)明涉及衛(wèi)星遙感圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，是一種星載雙鏡頭線陣相機(jī)圖像轉(zhuǎn) 化為單臺(tái)相機(jī)的中心投影圖像方法，從而可以將雙