一种摆扫大幅宽光学卫星传感器校正方法与流程

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种摆扫大幅宽光学卫星传感器校正方法。

背景技术：

随着技术的发展，对地观测卫星的应用越来越广泛。而对地观测卫星进行观测时的地表覆盖宽度是卫星遥感应用中的一项重要指标，对于用户而言，覆盖宽度越大，工作的便利性就越好。为实现大幅宽对地观测，目前主要通过增加物理器件，或采用姿态机动与载荷内部多角度扫描的方式。例如，传统的光学遥感卫星通常搭载的是线阵推扫相机成像载荷，主要采用增加tdiccd片数，设计非共线交错排列的方式，利用光学拼接或者视场拼接方法来提高卫星对地观测幅度；而摆扫大幅宽光学卫星作为一种新型高效能对地观测技术，所搭载的摆扫大幅宽光学相机成像载荷包含可见光、中波红外和长波红外三个通道，其通过摆镜扫描机构垂轨方向8步摆扫可获取120km幅宽的三通道影像，在不增加探测器数量情况下，通过内部机构一维多步扫描增加对地观测视场大小，以减小载荷体积、质量、功耗与研制成本，有效提高卫星对地观测宽幅与时间分辨率。

无论采用何种方式实现大幅宽对地观测，针对成像载荷，即传感器的特点，修正由于传感器设计及成像过程中引起的各种不利于影像数据应用的问题，以最终得到完整、有效影像数据，都是后续光学卫星地面预处理与应用的核心与关键，也是卫星性能的重要体现。针对卫星搭载的成像载荷的设计特点与成像状态的不同，传感器校正的内容也有所不同。而摆扫大幅宽光学相机由于存在多通道成像，同时采用了多步扫描，使得其获取的图像较为复杂，因此难以实现高精度拼接。

如何进行摆扫大幅宽光学卫星的传感器校正，消除镜头畸变、ccd变形以及平台震颤等产生的影像畸变，以得到连续、完整、无畸变的大幅宽标准影像数据，便于后续使用，是亟需解决的关键技术难题与重要瓶颈。

技术实现要素：

针对摆扫大幅宽光学卫星搭载的成像载荷的设计特点与成像状态，本发明提供一种摆扫大幅宽光学卫星传感器校正方法，包括：

校正可见光通道传感器，包括：

根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的物理设计与成像机理，构建等效虚拟相机；

根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的物理设计及成像机理构建原始ccd成像几何模型及等效虚拟ccd成像几何模型；

构建自由网平差模型，使得空间基准统一，包括采用有理函数模型rfm等效替代所述等效虚拟ccd成像几何模型与所述原始ccd成像几何模型，并计算相应的最小二乘解算rpcs参数；以及

根据所述等效虚拟ccd成像几何模型与所述原始ccd成像几何模型的rfm模型，基于物方空间几何定位一致性进行虚拟重采样，得到稳态等效中心投影传感器校正影像；

校正中波红外通道传感器，所述中波红外通道传感器的校正与所述可见光通道传感器的校正方法相同；以及

校正长波红外通道传感器，所述长波红外通道传感器的校正与所述可见光通道传感器的校正方法相同。

进一步地，所述等效虚拟相机为虚拟完整无畸变面阵大幅宽相机，所述虚拟完整无畸变面阵大幅宽相机的构建包括：根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的物理参数及成像过程，确定等效虚拟ccd的大小，然后以真实物理ccd为中心进行上下左右扩展。

进一步地，所述虚拟完整无畸变面阵大幅宽相机ccd的主点、主距以及探元尺寸均与所述摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的可见光通道ccd一致。

进一步地，所述原始ccd成像几何模型采用滑动窗口拟合多项式建模实现。

进一步地，所述原始ccd成像几何模型包括轨道参数、姿态参数、在轨几何定标参数以及感应同步器角度。

进一步地，所述等效虚拟ccd成像几何模型通过采用整体拟合多项式，对摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的成像过程进行稳态等效化处理得到。

进一步地，所述等效虚拟ccd成像几何模型与所述原始ccd成像几何模型所采用的轨道参数与模型以及姿态参数相同。

进一步地，所述自由网平差模型的构建包括一并求解像面仿射变换系数与连接点的物方坐标：

对每帧影像的rfm模型做变型，并在此基础上引入六个仿射变化系数；

对每帧影响上的连接点构建误差方程式；以及

构建法方程，并基于最小二乘法求解未知参数，以实现多帧重叠影像构成的区域网基准统一。

进一步地，所述虚拟重采样包括：

根据所述等效虚拟ccd成像几何模型的rfm模型以及预设的平均高程辅助信息，计算虚拟扫描景上像点摄影光线与物方交点的坐标；

基于所述原始ccd成像几何模型的rfm模型反算所述交点对应的原始影像的像点坐标；

经过三次样条内插得到虚拟扫描景影像上该像点的灰度值；以及

重复上述步骤，直至完成等效虚拟重成像。

本发明提供的一种摆扫大幅宽光学卫星传感器校正方法，通过构建等效虚拟相机和成像模型，实现了摆扫大幅宽光学相机多步、多通道影像的高精度拼接，消除了多种因素引起的影像畸变，为高分辨率光学卫星高效、高质量后续应用奠定了基础。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种摆扫大幅宽光学卫星传感器校正方法的流程示意图；

图2示出本发明一个实施例的虚拟等效面阵大幅宽相机模型示意图；

图3示出本发明一个实施例的一种摆扫大幅宽光学卫星可见光通道传感器校正方法的流程示意图；以及

图4示出本发明一个实施例的一种摆扫大幅宽光学卫星可见光通道传感器校正方法的示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

摆扫大幅宽光学卫星所搭载的摆扫大幅宽相机载荷采取主光路多通道共口径，后光路分光的方案实现可见光、中波红外、长波红外不同分辨率对地成像功能，通过扫描机构摆扫实现120km超大宽幅覆盖，具备对地、对海全天时成像能力。在卫星平台的配合下利用长波、中波谱段探测辐射能量，利用可见光谱段进行识别确认。根据设计要求，光学设计方案采取具有中间像面的离轴两反系统作为主光学系统，后光路采用通道分光方式，实现可见光通道、中波红外通道和长波红外三通道同时对地观测；分色片1将可见光通道和红外通道分开，反射可见光，透射红外谱段，可见光经过可见透镜组成像到可见光探测器上；分色片2将中波红外和长波红外分开，反射中波红外，透射长波红外，两束光线经过红外透镜组分别成像到中波红外探测器和长波红外探测器上。

由此可知，摆扫大幅宽光学卫星成像载荷主要通过扫描机构在垂轨方向进行逐步成像获取三通道数据，然后通过按比例降低速以及帧与帧之间重叠实现横向拼接，进而实现垂轨方向大幅宽数据获取。本发明提供一种摆扫大幅宽光学卫星传感器校正方法，将摆扫大幅宽光学卫星成像载荷的成像过程等效模拟成一个大幅宽物理设计的虚拟ccd对地进行稳态逐步推扫成像，进而解决摆扫大幅宽光学卫星成像机理复杂且难以无畸变拼接校正的问题。下面结合实施例附图，对本发明提供的方案作进一步描述。

一种摆扫大幅宽光学卫星传感器校正方法，分别对可见光通道传感器、中波红外通道传感器以及长波红外通道传感器进行校正。各通道传感器的校正方法如图1所示，包括：

步骤101，构建等效虚拟相机。根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的物理设计与成像机理，构建等效虚拟相机；

步骤102，构建ccd成像几何模型。根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的物理设计及成像机理构建原始ccd成像几何模型及等效虚拟ccd成像几何模型；

步骤103，统一空间基准。构建自由网平差模型，使得空间基准统一，包括采用有理函数模型rfm等效替代所述等效虚拟ccd成像几何模型与所述原始ccd成像几何模型，并计算相应的最小二乘解算rpcs参数；以及

步骤104，虚拟重采样，得到校正影像。根据所述等效虚拟ccd成像几何模型与所述原始ccd成像几何模型的rfm模型，基于物方空间几何定位一致性进行虚拟重采样，得到稳态等效中心投影传感器校正影像。

在本发明的一个实施例中，所述摆扫大幅宽光学卫星搭载的可见光通道传感器的校正方法如图3及图4所示，包括：

步骤301，构建等效虚拟ccd。根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的可见光通道传感器的物理参数及成像过程，设计等效的虚拟完整无畸变面阵大幅宽相机。所述摆扫大幅宽光学卫星所搭载的可见光通道ccd探测器大小为沿轨方向5120×穿轨方向4552，星下点分辨率为3米，降地速比例为1：3，步与步之间成像时间差为195毫秒，根据测算，为实现120公里大幅宽拼接，所述探测器需在沿垂轨方向摆扫8步共9帧影像，且垂轨方向每帧影像存在一定重叠，沿飞行方向错开145像素。综上所述，设计等效虚拟ccd大小为沿轨方向6280×穿轨方向40000。假设所述等效虚拟相机不存在内部畸变，则如图2所示，为避免对地观测区域高程差产生差异性，所述等效虚拟ccd以真实物理ccd为中心进行上下左右扩展，覆盖整个成像视场，保证原始成像视角与虚拟成像视角的差异最小。所述等效虚拟ccd的主点、主距以及探元尺寸均与所述摆扫大幅宽光学卫星所搭载的可见光通道ccd探测器物理设计保持一致；

接下来，根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的物理设计及成像机理构建原始ccd成像几何模型及等效虚拟ccd成像几何模型，包括：

步骤3021，构建原始ccd成像几何模型。根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的物理设计及成像机理构建原始ccd成像几何模型，所述原始ccd成像几何模型的构建设计的参数包括轨道参数、姿态参数、原始ccd在轨几何定标参数以及感应同步器角度，具体模型表示如下：

其中，表示相机载荷定标系数，t表示成像时刻，[xyz]^t表示目标点的物方坐标，(ψx(l,s),ψy(l,s))表示ccd探元号(l,s)的指向角大小，[xs(t)ys(t)zs(t)]^t表示摄影中心的物方坐标；λ表示成像比例系数，分别表示由扫描机构到相机载荷测量坐标系的旋转矩阵、卫星本体到扫描机构的旋转矩阵、由j2000坐标系到卫星本体坐标系旋转矩阵、以及wgs84坐标系到j2000坐标系旋转矩阵。在本发明的一个实施例中，为实现原始ccd严密几何成像模型精确构建，所述扫描机构到相机载荷测量坐标系的旋转矩阵根据扫描机构的感应同步器测量得到，原始ccd的探元指向角由在轨几何定标确定，摄影中心坐标根据影像成像时刻从gps轨道观测数据中内插得到，内插模型采用三次多项式。成像姿态角通过成像时刻从原始姿态观测数据中内插得到，考虑到成像过程中姿态存在抖动，原始影像的姿态拟合模型必须能较好地拟合原始姿态观测值，才能精确地恢复成像时刻的真实状态，故采用滑动窗口拟合多项式进行建模；以及

步骤3022，构建等效虚拟ccd成像几何模型。设计覆盖整个成像现场的大面阵无畸变ccd对地进行星下点稳态推扫成像，以实现对所述摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的成像过程的稳态等效化处理，其中，所述成像过程包括：通过扫描机构摆扫8步进行对地成像，通过感应同步器测量每步成像过程中相机载荷星下点方向矢量与光轴实际指向之间夹角进行高精度观测。所述等效虚拟ccd成像几何模型如下所述：

其中，表示等效虚拟ccd探元号(l,s)的指向角大小，根据步骤301中的设计值得到，表示卫星本体到相机载荷测量坐标系的旋转矩阵。

所述等效虚拟ccd成像几何模型摄影中心坐标与所述原始ccd集合成像模型共享一套轨道参数与模型。所述等效虚拟ccd成像几何模型姿态角与所述原始ccd集合成像模型共享一套姿态参数。在本发明的一个实施例中，为模拟等效稳态成像过程，采用整体拟合多项式进行建模；

接下来，采用有理函数模型rfm等效替代所述等效虚拟ccd成像几何模型与所述原始ccd成像几何模型，并计算相应的最小二乘解算rpcs参数，以使得多帧重叠影像构成的区域网基准统一。为了提高后续传感器校正计算效率，在本发明的一个实施例中，对所述等效虚拟ccd成像几何模型与所述原始ccd成像几何模型，采用地形无关的方法进行rfm的生成，然后通过严密成像模型生成均匀分布的大量虚拟控制点，并利用最小二乘计算相应的rpcs参数。所述有理函数模型rfm(rationalfunctionmodel)是光学卫星遥感影像严格成像几何模型的一种替代模型，其隐藏了卫星传感器参数和姿轨参数，具有通用性、计算效率高、坐标反算无需迭代等优点，因此得到广泛的应用。多步摆扫单帧影像空间基准统一是实现高精度传感器校正的关键环节。由于在本发明的实施例中，具备了高精度的相机内、外方位元素以及高精度轨道姿态参数，且对姿态相对精度以及感应同步器测量精度要求达到了子像素级，因此，可以采用虚拟ccd稳态等效成像的方式实现高精度的传感器校正，以准确恢复原始ccd的严密几何成像模型，从而建立与虚拟ccd成像模型之间的关联，得到无畸变、无缝的高精度等效虚拟扫描景。然而，受限于当前传感器测量水平以及在轨定标能力，尚无法达到上述技术要求，因此，本发明的实施例采用自由网平差模型，实现多帧影像空间基准统一。即在每相邻两帧影像之间匹配提取若干连接点，利用这些连接点和单帧影像的rfm模型进行片间相对定向，基于物方平均高程面构建帧间几何定位精度的一致性条件，构建自由网平差模型，将成像时的各类观测值误差所引起的帧间几何定位精度不一致，分解到待修正单帧影像的像面仿射变换系数中，以吸收各类观测误差影响。具体来说，在本发明的一个实施例中，是将像面仿射变换系数和连接点的物方坐标一并求解以得到多帧影像自由网平差，包括：

步骤3031，引入像面仿射变换系数。对每帧影像的rfm模型做适当的变形：

其中，s_scale，l_scale，s_off，l_off，nums(lat,lon,h)，dens(lat,lon,h)，numl(lat,lon,h)以及denl(lat,lon,h)表示为rfm模型的具体参数。在每帧影像的rfm模型的基础上引入六个仿射变换系数a0,a1,a2,b0,b1,b2,(x,y)表示连接点的像点量测坐标，(s,l)表示通过连接点前方交会得到的地面点坐标(lat,lon,h)采用rpcs参数反投射到像面的像点坐标。对于基准影响而言，所述六个仿射变换系数恒为0，有：

fx＝a0+a1×s+a2×l+s-x＝0

fy＝b0+b1×s+b2×l+s-y＝0

步骤3032,构建连接点的误差方程式。对每帧影像上的连接点构建误差方程式，如下所示：

v＝at+bx-l

t＝(△a0△a1△a2△b0△b1△b2)t

x＝(△lat△lon△h)^t,

其中，v表示像点坐标观测值残差向量，t表示待解算的像方误差补偿参数向量，x表示各连接点物方坐标改正值向量，a、b表示对应未知数的偏导数系数矩阵，l表示常向量，(latlonh)、(△lat△lon△h)表示连接点物方坐标与改正量，fx、fy、表示像方残差理论函数与计算函数；以及

步骤3033，求解参数。构建法方程，并基于最小二乘法求解两类未知参数，以实现多帧重叠影像构成的区域网基准统一；以及最后，根据所述等效虚拟ccd成像几何模型与所述原始ccd成像几何模型的rfm模型，基于物方空间几何定位一致性进行虚拟重采样，得到稳态等效中心投影传感器校正影像，包括：

步骤3041，计算虚拟扫描景上像点摄影光线与物方交点的坐标。根据所述等效虚拟ccd成像几何模型的rfm模型以及预设的平均高程辅助信息，计算虚拟扫描景上像点摄影光线与物方交点的坐标；

步骤3042，反算对应的原始影像像点坐标。基于所述原始ccd成像几何模型的rfm模型反算所述交点对应的原始影像像点坐标；以及

步骤3043，获取像点灰度值。经过三次样条内插得到虚拟扫描景影像上该像点的灰度值。

重复步骤3041至3043，直至完成等效虚拟重成像，生成无缝、无畸变的大幅宽大区域传感器校正影像。

在本发明的又一个实施例中，所述摆扫大幅宽光学卫星搭载的中波红外通道的传感器校正与所述可见光通道传感器的校正方法类似，包括：

根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的中波红外通道传感器的物理参数及成像过程，构建等效虚拟相机。所述摆扫大幅宽光学卫星所搭载的中波红外通道探测器大小为沿轨方向1280×穿轨方向1024，星下点分辨率为19米，降地速比例为1：3，步与步之间成像时间差为190毫秒，根据测算，为实现120公里大幅宽拼接，所述探测器需在沿垂轨方向摆扫8步共9帧影像。综上所述，可以计算出等效虚拟相机的大小，假设所述等效虚拟相机不存在内部畸变，构建所述等效虚拟相机时，为避免对地观测区域高程差产生差异性，以真实的中波红外通道传感器为中心进行上下左右扩展，覆盖整个成像视场，保证原始成像视角与虚拟成像视角的差异最小。所述等效虚拟相机的主点、主距以及探元尺寸均与所述摆扫大幅宽光学卫星所搭载的中波红外通道传感器的物理设计保持一致；

接下来，根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的中波红外载荷的物理设计及成像机理构建原始中波红外成像几何模型，所述原始中波红外成像几何模型的构建设计的参数包括轨道参数、姿态参数、原始中波红外传感器在轨几何定标参数以及感应同步器角度，具体模型表示如下：

其中，表示相机载荷定标系数，t表示成像时刻，[xyz]^t表示目标点的物方坐标，(ψx(l,s),ψy(l,s))表示中波红外探元号(l,s)的指向角大小，[xs(t)ys(t)zs(t)]^t表示摄影中心的物方坐标；λ表示成像比例系数，分别表示由扫描机构到相机载荷测量坐标系的旋转矩阵、卫星本体到扫描机构的旋转矩阵、由j2000坐标系到卫星本体坐标系旋转矩阵、以及wgs84坐标系到j2000坐标系旋转矩阵。在本发明的一个实施例中，为实现原始中波红外严密几何成像模型精确构建，所述扫描机构到相机载荷测量坐标系的旋转矩阵根据扫描机构的感应同步器测量得到，原始中波红外的探元指向角由在轨几何定标确定，摄影中心坐标根据影像成像时刻从gps轨道观测数据中内插得到，内插模型采用三次多项式。成像姿态角通过成像时刻从原始姿态观测数据中内插得到，考虑到成像过程中姿态存在抖动，原始影像的姿态拟合模型必须能较好地拟合原始姿态观测值，才能精确地恢复成像时刻的真实状态，故采用滑动窗口拟合多项式进行建模；

接下来，构建覆盖整个成像现场的大面阵无畸变中波红外对地进行星下点稳态推扫成像，以实现对所述摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的成像过程的稳态等效化处理，其中，所述成像过程包括：通过扫描机构摆扫8步进行对地成像，通过感应同步器测量每步成像过程中相机载荷星下点方向矢量与光轴实际指向之间夹角进行高精度观测。所述等效虚拟中波红外成像几何模型如下所述：

其中，表示等效虚拟中波红外探元号(l,s)的指向角大小，根据前述步骤中的设计值得到，表示卫星本体到相机载荷测量坐标系的旋转矩阵。

所述等效虚拟中波红外成像几何模型摄影中心坐标与所述原始中波红外集合成像模型共享一套轨道参数与模型。所述等效虚拟中波红外成像几何模型姿态角与所述原始中波红外集合成像模型共享一套姿态参数。在本发明的一个实施例中，为模拟等效稳态成像过程，采用整体拟合多项式进行建模；

接下来，采用自由网平差模型，实现多帧影像空间基准统一。即在每相邻两帧影像之间匹配提取若干连接点，利用这些连接点和单帧影像的rfm模型进行片间相对定向，基于物方平均高程面构建帧间几何定位精度的一致性条件，构建自由网平差模型，将成像时的各类观测值误差所引起的帧间几何定位精度不一致，分解到待修正单帧影像的像面仿射变换系数中，以吸收各类观测误差影响，包括：

对每帧影像的rfm模型做适当的变形：

其中，s_scale，l_scale，s_off，l_off，nums(lat,lon,h)，dens(lat,lon,h)，numl(lat,lon，h)以及denl(lat，lon,h)表示为rfm模型的具体参数。在每帧影像的rfm模型的基础上引入六个仿射变换系数a0,a1,a2,b0,b1,b2,(x,y)表示连接点的像点量测坐标，(s,l)表示通过连接点前方交会得到的地面点坐标(lat,lon,h)采用rpcs参数反投射到像面的像点坐标。对于基准影响而言，所述六个仿射变换系数恒为0，有：

fx＝a0+a1×s+a2×l+s-x＝0

fy＝b0+b1×s+b2×l+s-y＝0

对每帧影像上的连接点构建误差方程式，如下所示：

v＝at+bx-l

t＝(△a0△a1△a2△b0△b1△b2)^t

x＝(△lat△lon△h)^t,

其中，v表示像点坐标观测值残差向量，t表示待解算的像方误差补偿参数向量，x表示各连接点物方坐标改正值向量，a、b表示对应未知数的偏导数系数矩阵，l表示常向量，(latlonh)、(△lat△lon△h)表示连接点物方坐标与改正量，fx、fy、表示像方残差理论函数与计算函数；以及

构建法方程，并基于最小二乘法求解两类未知参数，以实现多帧重叠影像构成的区域网基准统一；以及

根据所述等效虚拟中波红外成像几何模型与所述原始中波红外成像几何模型的rfm模型，基于物方空间几何定位一致性进行虚拟重采样，得到稳态等效中心投影传感器校正影像，包括：

根据所述等效虚拟中波红外成像几何模型的rfm模型以及预设的平均高程辅助信息，计算虚拟扫描景上像点摄影光线与物方交点的坐标；

基于所述原始中波红外成像几何模型的rfm模型反算所述交点对应的原始影像像点坐标；

经过三次样条内插得到虚拟扫描景影像上该像点的灰度值；以及

重复前述步骤，直至完成等效虚拟重成像，生成无缝、无畸变的大幅宽大区域传感器校正影像。

在本发明的再一个实施例中，所述摆扫大幅宽光学卫星搭载的长波红外通道的传感器校正与所述可见光通道传感器的校正方法类似，包括：

根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的中波红外通道传感器的物理参数及成像过程，构建等效虚拟相机。所述摆扫大幅宽光学卫星所搭载的中波红外通道探测器大小为沿轨方向640×穿轨方向512，星下点分辨率为30米，降地速比例为1：3，步与步之间成像时间差为190毫秒，根据测算，为实现120公里大幅宽拼接，所述探测器需在沿垂轨方向摆扫8步共9帧影像。综上所述，可以计算出等效虚拟相机的大小，假设所述等效虚拟相机不存在内部畸变，构建所述等效虚拟相机时，为避免对地观测区域高程差产生差异性，以真实的长波红外通道传感器为中心进行上下左右扩展，覆盖整个成像视场，保证原始成像视角与虚拟成像视角的差异最小。所述等效虚拟相机的主点、主距以及探元尺寸均与所述摆扫大幅宽光学卫星所搭载的长波红外通道传感器的物理设计保持一致；

接下来，根据摆扫大幅宽光学卫星所搭载的长波红外载荷的物理设计及成像机理构建原始长波红外成像几何模型，所述原始长波红外成像几何模型的构建设计的参数包括轨道参数、姿态参数、原始中波红外传感器在轨几何定标参数以及感应同步器角度，具体模型表示如下：

其中，表示相机载荷定标系数，t表示成像时刻，[xyz]^t表示目标点的物方坐标，(ψx(l,s),ψy(l,s))表示长波红外探元号(l,s)的指向角大小，[xs(t)ys(t)zs(t)]^t表示摄影中心的物方坐标；λ表示成像比例系数，分别表示由扫描机构到相机载荷测量坐标系的旋转矩阵、卫星本体到扫描机构的旋转矩阵、由j2000坐标系到卫星本体坐标系旋转矩阵、以及wgs84坐标系到j2000坐标系旋转矩阵。在本发明的一个实施例中，为实现原始长波红外严密几何成像模型精确构建，所述扫描机构到相机载荷测量坐标系的旋转矩阵根据扫描机构的感应同步器测量得到，原始长波红外的探元指向角由在轨几何定标确定，摄影中心坐标根据影像成像时刻从gps轨道观测数据中内插得到，内插模型采用三次多项式。成像姿态角通过成像时刻从原始姿态观测数据中内插得到，考虑到成像过程中姿态存在抖动，原始影像的姿态拟合模型必须能较好地拟合原始姿态观测值，才能精确地恢复成像时刻的真实状态，故采用滑动窗口拟合多项式进行建模；

接下来，构建覆盖整个成像现场的大面阵无畸变长波红外对地进行星下点稳态推扫成像，以实现对所述摆扫大幅宽光学卫星所搭载的成像载荷的成像过程的稳态等效化处理，其中，所述成像过程包括：通过扫描机构摆扫8步进行对地成像，通过感应同步器测量每步成像过程中相机载荷星下点方向矢量与光轴实际指向之间夹角进行高精度观测。所述等效虚拟长波红外成像几何模型如下所述：

其中，表示等效虚拟长波红外探元号(l,s)的指向角大小，根据前述步骤中的设计值得到，表示卫星本体到相机载荷测量坐标系的旋转矩阵。

所述等效虚拟长波红外成像几何模型摄影中心坐标与所述原始长波红外集合成像模型共享一套轨道参数与模型。所述等效虚拟长波红外成像几何模型姿态角与所述原始长波红外集合成像模型共享一套姿态参数。在本发明的一个实施例中，为模拟等效稳态成像过程，采用整体拟合多项式进行建模；

接下来，采用自由网平差模型，实现多帧影像空间基准统一。即在每相邻两帧影像之间匹配提取若干连接点，利用这些连接点和单帧影像的rfm模型进行片间相对定向，基于物方平均高程面构建帧间几何定位精度的一致性条件，构建自由网平差模型，将成像时的各类观测值误差所引起的帧间几何定位精度不一致，分解到待修正单帧影像的像面仿射变换系数中，以吸收各类观测误差影响，包括：

对每帧影像的rfm模型做适当的变形：

其中，s_scale，l_scale，s_off，l_off，nums(lat,lon,h)，dens(lat,lon,h)，numl(lat,lon,h)以及denl(lat,lon,h)表示为rfm模型的具体参数。在每帧影像的rfm模型的基础上引入六个仿射变换系数a0,a1,a2,b0,b1,b2,(x,y)表示连接点的像点量测坐标，(s,l)表示通过连接点前方交会得到的地面点坐标(lat,lon,h)采用rpcs

参数反投射到像面的像点坐标。对于基准影响而言，所述六个仿射变换系数恒为0，有：

fx＝a0+a1×s+a2×l+s-x＝0

fy＝b0+b1×s+b2×l+s-y＝0

对每帧影像上的连接点构建误差方程式，如下所示：

v＝at+bx-l

t＝(△a0△a1△a2△b0△b1△b2)^t

x＝(△lat△lon△h)^t,

其中，v表示像点坐标观测值残差向量，t表示待解算的像方误差补偿参数向量，x表示各连接点物方坐标改正值向量，a、b表示对应未知数的偏导数系数矩阵，l表示常向量，(latlonh)、(△lat△lon△h)表示连接点物方坐标与改正量，fx、fy、表示像方残差理论函数与计算函数；以及

构建法方程，并基于最小二乘法求解两类未知参数，以实现多帧重叠影像构成的区域网基准统一；以及

根据所述等效虚拟长波红外成像几何模型与所述原始长波红外成像几何模型的rfm模型，基于物方空间几何定位一致性进行虚拟重采样，得到稳态等效中心投影传感器校正影像，包括：

根据所述等效虚拟长波红外成像几何模型的rfm模型以及预设的平均高程辅助信息，计算虚拟扫描景上像点摄影光线与物方交点的坐标；

基于所述原始长波红外成像几何模型的rfm模型反算所述交点对应的原始影像像点坐标；

经过三次样条内插得到虚拟扫描景影像上该像点的灰度值；以及

重复前述步骤，直至完成等效虚拟重成像，生成无缝、无畸变的大幅宽大区域传感器校正影像。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。