一种图像补偿的方法、装置及计算机存储介质与流程

本发明涉及航天观测技术领域，尤其涉及一种图像补偿的方法、装置及计算机存储介质。

背景技术：

摆扫成像指的是一种在卫星姿态机动过程中同时进行成像的动态成像方式，卫星相机在滚动方向快速达到某一角速度，然后按一定角速度运动对地成像。而线性的电荷耦合元件(ccd，charge-coupleddevice)阵列常被应用于摆扫成像中，具体来说，如图1所示，将一定数量的ccd感光元件排列在一条直线上，这样的布局形式的ccd阵列即称为线性ccd阵列，又称为扫描型ccd。通过应用线性ccd阵列进行扫描，将每一时刻获取的遥感图像进行拼接，便可获取得到大幅面高分辨率可见光图像。

扫摆成像过程最终所获得的图像由线性ccd阵列摆扫所成获得的多条图像条带拼接而成，如图2所示，从中可以看出：当光轴与地面垂直时，具有较好的成像效果，实际成像的区域形状为规则的矩形条带，即扫描所获得的整幅图像，靠近星下点的中心位置处，成像效果较好。而当光轴与轨道面成一定的角度时，由于地球曲率影响，线性ccd阵列实际成像的区域变为一弧段，即图像中越靠近两侧的图像条带产生的几何畸变越明显。

而对于上述几何畸变来说，如图3所示，从待成像区域的中心o向两端，由于地球曲率的存在，所产生的像位移误差逐渐增大。而针对摆扫成像过程来说，当轨道高度和成像幅宽确定，所获得的可见光图像的像位移偏差将随着光轴与轨道面夹角的增大而增大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种图像补偿的方法、装置及计算机存储介质；能够降低像位移偏差，减少成像的几何畸变。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种图像补偿的方法，所述方法包括：

将线性电荷耦合元件ccd阵列划分为多个ccd线段；

根据每个ccd线段在待成像区域中对应的目标区域与每个所述ccd线段之间的当前相对角度确定每个所述ccd线段的当前待旋转角度；

针对每个所述ccd线段，按照每个所述ccd线段的当前待旋转角度进行旋转；

通过旋转后的ccd线段对所述待成像区域进行拍摄。

第二方面，本发明实施例提供了一种图像补偿的装置，所述装置包括：划分部分、确定部分、旋转部分和拍摄控制部分；其中，

所述划分部分，配置为将线性电荷耦合元件ccd阵列划分为多个ccd线段；

所述确定部分，配置为根据每个ccd线段在待成像区域中对应的目标区域与每个所述ccd线段之间的当前相对角度确定每个所述ccd线段的当前待旋转角度；

所述旋转部分，配置为针对每个所述ccd线段，按照每个所述ccd线段的当前待旋转角度进行旋转；

所述拍摄控制部分，配置为通过旋转后的ccd线段对所述待成像区域进行拍摄。

第三方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质所述计算机存储介质存储有图像补偿程序，所述图像补偿程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述的图像补偿方法的步骤。

本发明实施例提供了一种图像补偿的方法、装置及计算机存储介质；将线性ccd阵列划分为多个ccd线段之后，根据待成像区域针对每个ccd线段进行旋转后再对待成像区域进行成像，从而降低了像位移偏差，减少对地摆扫成像的过程中所造成的几何畸变。

附图说明

图1为常规方案提供的对地摆扫成像的过程示意图；

图2为常规方案提供的一种图像的拼接示意图；

图3为常规方案提供的通过线性ccd阵列对地面条带区域成像的示意图；

图4为常规方案提供的一种成像偏差效果示意图；

图5为常规方案提供的一种成像效果示意图；

图6为本发明实施例提供的一种图像补偿的方法流程示意图；

图7为本发明实施例提供的对每个ccd线段进行旋转控制的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的一种成像流程示意图；

图9为本发明实施例提供的一种ccd线段划分效果示意图；

图10为本发明实施例提供的一种旋转效果示意图；

图11本发明实施例提供的一种成像示意图；

图12本发明实施例提供的一种效果分析示意图；

图13本发明实施例提供的一种效果分析的模型示意图；

图14本发明实施例提供的一种图像补偿的装置组成示意图；

图15本发明实施例提供的一种确定部分的组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

以轨道高度h处的光学成像卫星为例，参见图1，其示出了常规对地摆扫成像的过程，在图1中，光学成像卫星的载荷为由线性ccd阵列构成的光学相机，其中，相机的光轴垂直于卫星的飞行方向，并且相机沿卫星滚转轴方向进行旋转摆扫，并在扫摆过程中通过线性ccd阵列对地面区域进行扫描成像；这种扫描成像过程具体可以是可见光扫描成像，最终将不同时刻扫描获得的图像条带进行拼接处理便可获得目标区域的完整图像。

通过对上述成像过程的阐述，最终扫描得到的图像分别由线性ccd阵列摆扫所得到的图像条带1、图像条带2、一直至图像条带n拼接而成，图像的拼接示意图参见图2。当光轴与地面垂直时，能具有较好的成像效果，实际成像的区域形状为规则的矩形条带，即扫描所获得的整幅图像，靠近星下点的中心位置处，成像效果较好。问题是当光轴与轨道面成一定的角度时，由于地球曲率影响，线性ccd阵列实际成像的区域变为一弧段，即图像中越靠近两侧的图像条带产生的几何畸变越明显。

图3示出了上述几何畸变产生的原因，图3为某时刻通过线性ccd阵列对地面a′b′条带区域成像的示意图，可以看出，从待成像区域的中心o向两端，由于地球曲率的存在，所产生的像位移误差逐渐增大。而对于摆扫全过程而言，当轨道高度和成像幅宽确定的情况下，获得的可见光图像的像位移偏差将随着光轴与轨道面夹角的增大而增大。

对于卫星的宽幅成像任务来说，图3所示的像位移偏差更加明显。由图4所示的成像时从图形中心到图形右侧的成像偏差示意图可发现：从中心位置向外部位置的像元位置偏移越来越大，图像产生几何畸变越来越明显。

对于上述几何畸变来说，以某一时刻针对每条成像带进行成像误差分析，在该时刻相机的光轴与地面有一定角度，在该角度下成像效果如图5所示，并将此过程简化为图5中右侧的模型，可发现从中间位置o到两端a、b，图像产生的位移偏差逐渐增大，考虑到线性ccd阵列中两侧ccd所成像的情况，此处偏差角度设置为α。

基于上述针对常规对地摆扫成像的过程以及几何畸变的分析可以获知，由于常规的对地拍摄方式采用不可分割的线性ccd阵列，因此，常规的卫星成像系统对目标的成像角度的调整一般通过卫星平台姿态机动带动卫星成像系统进行角度调整或通过对整片线性ccd阵列进行整体机动来调节，但这样的方式仍然相当于采用整条线段对曲线弧段进行拍摄，尤其不适用于宽幅拍摄的场景。

基于上述分析，参见图6，其示出了本发明实施例提供的一种图像补偿的方法，该方法可以应用于具有线性ccd阵列载荷的成像卫星中，该方法可以包括：

s601：将线性ccd阵列划分为多个ccd线段；

s602：根据每个ccd线段在待成像区域中对应的目标区域与每个所述ccd线段之间的当前相对角度确定每个所述ccd线段的当前待旋转角度；

s603：针对每个所述ccd线段，按照每个所述ccd线段的当前待旋转角度进行旋转；其中，旋转后的ccd线段均与所述待成像区域相切；

s604：通过旋转后的ccd线段对所述待成像区域进行拍摄。

通过图6所示的方案，将线性ccd阵列划分为多个ccd线段之后，根据待成像区域针对每个ccd线段进行旋转后再对待成像区域进行成像，从而降低了像位移偏差，减少对地摆扫成像的过程中所造成的几何畸变。

对于图6所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，所述根据每个ccd线段在待成像区域中对应的目标区域与每个所述ccd线段之间的当前相对角度确定每个所述ccd线段的当前待旋转角度，包括：

基于设置在承载有所述线性ccd阵列的成像卫星平台的姿轨传感器获取当前所述成像卫星的姿态信息以及当前所述成像卫星的位置信息；

基于设置在所述成像卫星平台中的计算单元，根据所述当前所述成像卫星的姿态信息以及所述当前所述成像卫星的位置信息解算所述待成像区域的形状及位置信息；

根据所述待成像区域的形状及位置信息获取每个所述目标区域所对应的每个ccd线段的待成像角度；其中，所述每个ccd线段的待成像角度用于表示每个ccd线段应到达的角度；

根据每个所述ccd线段的当前角度以及每个所述ccd线段的待成像角度确定每个所述ccd线段的当前待旋转角度。

对于上述实现方式，优选地，所述基于设置在承载有所述线性ccd阵列的成像卫星平台的姿轨传感器获取当前所述成像卫星的姿态信息以及当前所述成像卫星的位置信息，包括：

通过设置于所述成像卫星平台上的太阳敏感器、星敏感器、陀螺、以及全球导航卫星系统(gnss，globalnavigationsatellitesystem)获得所述当前所述成像卫星的姿态信息以及所述当前所述成像卫星的位置信息。

对于上述实现方式，优选地，所述根据每个所述ccd线段的当前角度以及每个所述ccd线段的待成像角度确定每个所述ccd线段的当前待旋转角度，包括：

将每个所述ccd线段的当前角度和每个所述ccd线段的待成像角度进行差分，获得每个所述ccd线段的当前待旋转角度。

需要说明的是，在获得每个所述ccd线段的当前待旋转角度之后，就能够根据每个所述ccd线段的当前待旋转角度分别对每个所述ccd线段进行旋转，优选地，在具体实施过程中，所述针对每个所述ccd线段，按照每个所述ccd线段的当前待旋转角度进行旋转，包括：

通过每个所述ccd线段各自对应配置的旋转装置，将每个所述ccd线段按照每个所述ccd线段的当前待旋转角度进行旋转。

通过上述实现方式以及针对上述实现方式的优选示例，详细阐述了对每个所述ccd线段进行旋转控制的实现方式。以光学成像卫星为例，参见图7，其示出了对每个所述ccd线段进行旋转控制的流程，具体来说，首先可以通过设置于所述光学成像卫星平台上的太阳敏感器、星敏感器、陀螺以及全球导航卫星系统(gnss)获得所述当前所述光学成像卫星的姿态信息以及所述当前所述光学成像卫星的位置信息；并将上述当前所述光学成像卫星的姿态信息以及当前所述光学成像卫星的位置信息作为辅助信息发送至卫星综合电子系统；

其次，卫星综合电子系统中的计算单元根据上述当前所述光学成像卫星的姿态信息以及当前所述光学成像卫星的位置信息解算得到所述待成像区域的形状及位置信息；

接着，根据所述待成像区域的形状及位置信息获取每个所述目标区域所对应的每个ccd线段的待成像角度；其中，所述每个ccd线段的待成像角度用于表示每个ccd线段应到达的角度；

然后，将每个所述ccd线段的当前角度和每个所述ccd线段的待成像角度作为控制器的输入，经过差分从而获得每个所述ccd线段的当前待旋转角度，并将每个所述ccd线段的当前待旋转角度传输至每个所述ccd线段各自对应配置的旋转装置；

最后，通过每个所述ccd线段各自对应配置的旋转装置，将每个所述ccd线段按照每个所述ccd线段的当前待旋转角度进行旋转。

通过图7所示的控制流程可以看出，为了满足旋转角度的精度需求，加入闭环控制，从而增加了对每个所述ccd线段的当前角度进行测量，并返回控制器。通过上述图7所示的控制流程，可准确将每个ccd线段旋转到目标位置。

通过以上技术方案完成当前时刻ccd线段的旋转控制之后，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

在当前时刻的下一时刻，根据每个ccd线段在待成像区域中对应的目标区域与每个所述ccd线段之间的下一时刻的相对角度确定每个所述ccd线段的下一时刻的待旋转角度。

具体来说，对于上述实现方式，在下一时刻，可以继续通过旋转装置的机动，来使每个ccd线段旋转到下一时刻的适当角度，再进行成像。从而按照如此的方式完成对整个区域的扫描。最终基于上述扫描成像方式完成成像效果分析。

针对上述图6所示的图像补偿的方法，本发明实施例通过以下具体示例进行详细说明。本具体示例的成像流程如图8所示。在本具体示例中，设定由n个ccd成像单元组成的线性ccd阵列对地摆扫成像，在时刻t，相机光轴与地面呈一定角度。将含有n个ccd成像单元的分解为m份，从而获得m个由n/m个ccd成像单元的ccd线段，具体来说，线性ccd阵列由50个ccd单元所组成，按10个ccd单元为一组，将此50个ccd单元划分为5个ccd线段，每个ccd线段分别配备一个对应的旋转装置，从而能够实现将对应ccd线段中的ccd成像单元按照规定的角度旋转。具体的ccd线段划分如图9所示。

以时刻t为例，通过前述技术方案获取每个ccd线段的当前待旋转角度。具体来说，经过计算单元解算获得每个ccd线段的待成像角度为θt1、θt2、θt3、θt4、θt5，而通过敏感元件测量此时的ccd线段的当前角度分别为则ccd线段的当前待旋转角度分别为αt1、αt2、αt3、αt4、αt5，其中，

接着，通过控制器将上述5个ccd线段分别旋转角度αt1、αt2、αt3、αt4、αt5，从而使得每个ccd线段旋转至到达预定位置，具体ccd线段的旋转效果参见图10所示，从而实现与待成像区域中对应的目标区域相切。需要说明的是，每个ccd线段对应的目标区域优选为每个ccd线段在待成像区域对应的区域投影部分。

然后，通过旋转后的ccd线段对所述待成像区域进行拍摄成像；

详细来说，应用本具体示例中的5个ccd线段对待成像区域进行成像，其示意图如图11所示，图11中右侧为当前待成像区域，左侧为旋转后的ccd线段。

随后，在下一时刻，继续通过旋转机构的机动，以使得本具体示例的5个ccd线段旋转到适当角度，再进行成像；从而按照如此的方式完成对整个区域的扫描。

最后，基于该成像的最终成像图片进行成像效果分析。

需要说明的是，在本发明实施例中，选取某一时刻t进行效果分析，其示意图如12所示，图12中的(a)表示常规的线性ccd阵列布局，图12中的(b)表示基于ccd线段的布局，图12中的(c)表示待成像目标区域。

基于图12进行简化，可得到如图13所示的模型，针对该模型可以获知：在采用本发明实施例所述的技术方案进行扫描成像时，由于针对各ccd线段分别进行了角度旋转，使得每个ccd线段都能够与待成像区域中的对应的目标区域相切。参见图13，从中间位置o到两端a、b，图像产生的位移偏差均控制在一定范围之内，如图13右侧所示，在ccd线段的一侧b处，此处偏差角度为β，对比图13左侧所示的常规的线性ccd阵列成像方式在同一点b处的角度偏差α，可发现α>β。因此采用本发明实施例所述的技术方案能够有效地进行像位移补偿。

基于本发明实施例所述的技术方案，能够得知：由于对ccd阵列进行分段，并针对各ccd线段分别进行角度旋转，能够使得整体扫描成像幅宽变窄；同时，对于有可能存在的相邻ccd线段所成的图像出现部分重叠的现象，可以通过合理优化转动装置以及图像后期处理进行有效解决。进一步来说，ccd线段的数目m与转动装置的结构复杂程度和控制复杂程度相关，因此，考虑极限情况即将n片ccd单片均进行机动，会明显增加转动装置的结构复杂程度和控制复杂程度，因此，相对于每片ccd单片均进行旋转机动的方式，本发明实施例所述的技术方案又能够明显减少了转动装置的数量，降低了机构复杂性，提高了系统的可靠性。

基于前述技术方案相同的发明构思，参见图14，其示出了本发明实施例提供的一种图像补偿的装置140，能够应用于具有线性ccd阵列载荷的成像卫星，该装置140可以包括：划分部分1401、确定部分1402、旋转部分1403和拍摄控制部分1404；其中，

所述划分部分1401，配置为将线性电荷耦合元件ccd阵列划分为多个ccd线段；

所述确定部分1402，配置为根据每个ccd线段在待成像区域中对应的目标区域与每个所述ccd线段之间的当前相对角度确定每个所述ccd线段的当前待旋转角度；

所述旋转部分1403，配置为针对每个所述ccd线段，按照每个所述ccd线段的当前待旋转角度进行旋转；

所述拍摄控制部分1404，配置为通过旋转后的ccd线段对所述待成像区域进行拍摄。

对于上述方案，在具体实现过程中，参见图15，所述确定部分1402，包括：设置在承载有所述线性ccd阵列的成像卫星平台的姿轨传感器14021、设置在所述成像卫星平台中的计算单元14022、ccd角度测量单元14023以及控制器14024；其中，

所述姿轨传感器14021，配置为获取当前所述成像卫星的姿态信息以及当前所述成像卫星的位置信息；以及，

所述计算单元14022，配置为根据所述当前所述成像卫星的姿态信息以及所述当前所述成像卫星的位置信息解算所述待成像区域的形状及位置信息；以及，根据所述待成像区域的形状及位置信息获取每个所述目标区域所对应的每个ccd线段的待成像角度；其中，所述每个ccd线段的待成像角度用于表示每个ccd线段应到达的角度；

所述ccd角度测量单元14023，配置为获取每个所述ccd线段的当前角度；

所述控制器14024，配置为根据每个所述ccd线段的当前角度以及每个所述ccd线段的待成像角度确定每个所述ccd线段的当前待旋转角度。

详细来说，所述姿轨传感器14021，可以包括设置于所述成像卫星平台上的太阳敏感器、星敏感器、陀螺、以及全球导航卫星系统(gnss，globalnavigationsatellitesystem)。

所述计算单元14022，具体可以是成像卫星中的计算处理组件，可以是卫星平台或者卫星载荷中实现具体功能的分系统中的处理器。所述处理器为具有逻辑控制功能的器件的统称，可包括cpu(中央处理器)，dsp(数字信号处理器)，fpga(现场可编程逻辑门阵列)，以及其他能够通过编程实现控制、运算、处理等功能的器件、模块或系统。

对于上述方案，在具体实现过程中，所述旋转部分1403，包括针对每个所述ccd线段各自对应配置的旋转装置；其中，

所述旋转装置，配置为将每个所述ccd线段按照所述控制器14024确定的每个所述ccd线段的当前待旋转角度进行旋转。

此外，在本发明实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。

另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，readonlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，具体可以为计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有图像补偿程序，所述图像补偿程序被至少一个处理器执行时实现前述方案中任一项中任一项所述的图像补偿方法的步骤。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。