一种星载TDI CCD影像震颤成像畸变建模方法及装置

技术领域

本发明涉及卫星遥感技术领域，尤其涉及一种星载TDI CCD影像震颤成像畸变建模方法及装置。

背景技术

TDI CCD（Time Delayed and Integration Charge Coupled Device，时间延迟积分电荷耦合器件）是一种基于时间延迟积分技术的线性CCD，采用同步多级时间累积积分来延长曝光时间。相对于普通线性CCD，TDI CCD可以在低照度条件下，获得高灵敏度、高输出速度、高空间分辨率和宽动态范围。因此，TDI CCD成为了高分辨率光学遥感卫星普遍采用的核心感光器件。TDI CCD通过多级积分成像，能够对同一目标物体进行多次曝光获得光通量。TDI CCD的每一积分级数依次扫描同一区域，电荷转移和累积速度与光学扫描图像同步，直到N行积分成像完成，累积的信号电荷都被转移到水平位移寄存器中并读出图像行。但是在卫星运行过程中，平台震颤会导致CCD运动速度和电荷传输速率不匹配，最终引起每一级成像偏移各不相同，导致不同区域中电荷的连续错位和混叠，造成图像模糊和失真。并且随着TDI CCD积分级数的增加，这种震颤像移对图像质量的影响就愈发严重。例如，高分某卫星配备了全色多光谱五合一的光学相机，全色谱段和多光谱波段共TDI CCD相机焦平面，以一定间隔平行排列在同一相机上。多光谱四个谱段影像的TDI积分级数各不相同，单级积分时间相同，在相同成像条件下，震颤引起多光谱影像在每一级的像移各不相同，导致每个谱段的多光谱影像变形不同；全色谱段和多光谱谱段的TDI积分级数也不相同，并且两者的单级积分时间不一样（一般全色影像空间分辨率是多光谱的四倍，全色影像单级积分时间是多光谱的四分之一），因而相同成像条件下，全色影像和多光谱影像因震颤引起的影像变形程度并不一致，取决于他们的TDI积分级数和单级积分时间。为了实现遥感影像后续的高精度处理与应用，多级积分TDI CCD的平台震颤检测是一个急需解决的关键性问题。

目前，对高分辨率光学卫星CCD影像进行震颤处理的研究主要基于单级CCD和基于多级TDI CCD两种，不论是单级CCD还是多级TDI CCD，都需先进行平台震颤检测，才能进行后续影像的几何定位、变化检测等应用。其中单级CCD震颤检测常基于分时成像特点，震颤检测技术手段已经非常成熟。学者们先后提出基于三线阵立体影像、多光谱影像以及正交图像的震颤检测和补偿的框架，并且建立了精确的单级CCD影像抖动位移估计模型，结果表明都能准确估计出卫星震颤并基于此进行震颤补偿，提高遥感影像的几何质量。而多级积分TDI CCD影像的震颤畸变分析与建模研究相对较少，尚不成熟。初期学者们的研究都停留在震颤与TDI CCD积分级数的定性关系上，发现低频振动产生空间变化的模糊和几何变形，TDI CCD积分级数的增加可以使图像变形程度变小，振动初始相位的改变会引起图像的变形在空域上发生相移。近期有学者通过分析平台震颤引起的多级积分TDI CCD影像变形规律，初次建立了多级积分影像平台震颤检测模型；并且提出卫星平台震颤引起的TDI CCD多级积分后的图像运动模型，实现了多光谱影像间的视差曲线到震颤曲线的转换；以及还有研究学者通过震颤成像仿真开展了基于深度学习的TDI CCD影像盲复原研究，有效提升了图像质量，但并未从退化机理的角度反演出震颤引起的影像几何变形的规律。

发明内容

本发明目的在于提供一种星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模方法及装置，本发明首先基于TDI CCD多级积分成像特点，分析了多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变特性，利用因平台震颤引起的多级积分TDI CCD影像像移公式，仿真多级积分TDI CCD影像像移曲线，得到不同积分成像时间下多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量；其次再结合TDI CCD分时成像多光谱影像，构建严密视差成像模型，该模型建立了多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变与单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变之间的关系；对多级积分多光谱影像的两个波段影像进行高精度密集匹配，得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线；基于多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线，对严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位（于多光谱影像而言，其一行成像时间正好是一个单位成像时间，即单级积分时间）；最后根据单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变，全色影像和多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，对全色影像和多光谱各波段影像分别进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模，并对全色影像和多光谱各波段影像进行震颤补偿，校正几何畸变。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种星载TDI CCD影像震颤成像畸变建模方法，所述方法包括，

对多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变分析，构建不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系；

基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变曲线和不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，获取多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线；

基于TDI CCD 分时成像多光谱影像和多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线，构建严密视差成像模型；

对所述严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位；

基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位与多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线，进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模。

具体的，所述构建不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，包括：

仿真因平台震颤引起的多级积分TDI CCD影像的像移曲线；

基于所述像移曲线，得到某一单级积分时间下不同TDI CCD积分级数与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅和相位的对应关系；

基于所述对应关系，构建不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系。

具体的，所述多级积分后TDI CCD影像的震颤像移曲线，表示为：

其中，

具体的，所述严密视差成像模型表示为：

其中，

具体的，对严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位，包括：

选取多级积分多光谱影像的两个波段影像进行密集匹配，得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线；

基于所述震颤成像相对畸变曲线对严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位。

具体的，所述多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线公式为：

其中，

具体的，所述单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率与多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变频率一致；

所述单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅表示为：

其中，

所述单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变初相位表示为：

其中，

具体的，多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模，包括：

对全色影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模和对多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模。

具体的，所述对全色影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模，包括：

基于不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系得到全色影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量；

根据单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位，全色影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，利用多级积分TDICCD影像的震颤像移曲线对全色影像进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模；或，

对多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模，包括：

基于不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系得到多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量；

根据单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位，多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，利用多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线对多光谱各波段影像进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模。

本发明还提供了一种星载TDI CCD影像震颤成像畸变建模装置，所述装置包括，

第一构建模块，用于对多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变分析，构建不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系；

获取模块，用于基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变曲线和不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，获取多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线；

第二构建模块，用于基于TDI CCD 分时成像多光谱影像和多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线，构建严密视差成像模型；

得到模块，用于对所述严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位；

建模模块，用于基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位与多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线，进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模。

具体的，所述装置还包括：

补偿模块，用于根据多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模结果，对全色影像和多光谱各波段影像分别进行震颤补偿。

一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述存储器与所述处理器数据连接，其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的方法。

本发明的技术效果和优点：

本发明针对TDI CCD多级积分成像特点，根据理论分析和仿真验证得到了不同积分成像时间下的多级积分TDI CCD影像震颤成像畸变振幅衰减因子和相位偏移量；基于TDICCD分时成像多光谱影像，构建严密视差成像模型，建立了多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变与单级积分多光谱影像震颤成像绝对畸变之间的关系；只要多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变确定，就可以根据严密视差成像模型反演计算得到单级积分多光谱影像震颤成像绝对畸变，进而对多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变进行精确建模，最终进行多级积分TDI CCD影像震颤补偿，校正几何畸变。以真实的遥感卫星数据进行验证实验，实现单级积分多光谱影像震颤成像绝对畸变的检测，全色影像和多光谱影像的震颤成像绝对畸变精确建模，为多级积分TDI CCD影像震颤补偿和震颤几何畸变校正提供可靠数据基础。

该模型建立了多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变与单级积分多光谱影像震颤成像绝对畸变之间的关系；对多级积分多光谱影像的两个波段影像进行高精度密集匹配，得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变频率、振幅和相位；对严密视差成像模型进行理论推导，得到单级积分多光谱影像震颤成像绝对畸变的振幅和相位计算公式，结合多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变频率、振幅和相位，计算得到以多光谱单级积分时间为单位成像时间的震颤成像绝对畸变频率、振幅和相位（于多光谱影像而言，其一行成像时间正好是一个单位成像时间）；最后根据单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变，全色影像和多光谱各波段影像震颤成像畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，对全色影像和多光谱各波段影像分别进行震颤成像绝对畸变精确建模，并对全色影像和多光谱各波段影像进行震颤补偿，校正几何畸变。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1a为本发明的星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模方法的流程图;

图1b为本发明的星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模方法的实施图;

图2a为本发明在两种不同震颤成像绝对畸变频率下多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变振幅与

图2b为本发明在两种不同震颤成像绝对畸变频率下多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变相位与

图3a为使用本发明提出的方法进行震颤补偿前的全色影像区域一；

图3b为使用本发明提出的方法进行震颤补偿前的全色影像区域二；

图3c为使用本发明提出的方法进行震颤补偿前的全色影像区域三；

图4a为使用本发明提出的方法进行震颤补偿后的全色影像区域一；

图4b为使用本发明提出的方法进行震颤补偿后的全色影像区域二；

图4c为使用本发明提出的方法进行震颤补偿后的全色影像区域三；

图5为本发明的星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模与补偿系统图;

图6为本发明具体实施例中的电子设备结构框图。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决现有技术的不足，本发明公开了一种星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模方法，如图1a所示，所述方法包括，

步骤1：对多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变分析，构建不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系；

步骤2：基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变曲线和不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，获取多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线；

步骤3：基于TDI·CCD 分时成像多光谱影像和多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线，构建严密视差成像模型；该模型建立了多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变与单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变之间的关系；

步骤4：对严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位；

步骤5：基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位与多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线，进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模；其中，所述多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模，包括：对全色影像的多级积分TDICCD影像震颤成像绝对畸变建模和对多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模；

结合图1b,本发明方法包括，步骤6：根据所述全色影像和多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模结果，对全色影像和多光谱各波段影像进行震颤补偿。

本发明技术方案通过理论分析和仿真验证多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变规律，得到不同积分成像时间下多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量；通过对某卫星的全色影像和多光谱影像进行震颤补偿验证了所构建的严密视差成像模型的正确性，以及星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模方法的可行性。

在本发明的一个具体实施例中，步骤1：对多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变分析，构建不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，具体为：

1）仿真因平台震颤引起的多级积分TDI CCD影像的像移曲线：TDI CCD多级积分过程中每一级成像受到平台震颤的像移随时间而变化，将第一级积分时间作为多级积分合成影像的成像时间，利用多级积分TDI CCD影像像移公式，开展因平台震颤引起的多级积分TDI CCD影像像移仿真实验，仿真因平台震颤引起的多级积分TDI CCD影像的像移曲线。

在本发明的一个具体实施例中，以第一级积分时间作为多级积分影像合成的影像成像时间，平台震颤引起的多级积分TDI CCD影像像移公式为：

其中，

2）基于所述像移曲线，得到某一单级积分时间下不同TDI CCD积分级数与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变振幅和相位的对应关系；

仿真在相同单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅，初相位以及单级积分成像时间，不同震颤成像绝对畸变频率、不同TDI CCD积分级数下的多级积分TDI CCD影像像移曲线，然后对像移曲线进行正弦函数拟合，获取不同震颤成像绝对畸变频率下不同TDICCD积分级数的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变振幅和相位参数，从而得到某一单级积分时间下不同TDI CCD积分级数与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变振幅和相位的对应关系；

3）基于所述对应关系，构建不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子、相位偏移量的关系。

TDI CCD积分级数的变化，意味着积分成像时间的变化，同时平台震颤对不同积分级数TDI CCD影像的影响是与震颤成像绝对畸变频率相关的。因此进一步得到

在本发明的一个具体实施例中，步骤2：基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变曲线和不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，获取多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线；具体如下：

单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变曲线可以用正弦函数模型表示：

其中，

基于多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变分析，多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线可表示为：

其中，

在本发明的一个具体实施例中，步骤3：基于TDI CCD 分时成像多光谱影像和多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线，构建严密视差成像模型，具体如下：

1）基于分时成像特点和TDI CCD多级积分成像特点，以及引入的震颤振幅衰减因子和相位偏移量，提出严密视差成像模型。严密视差成像模型表示了多级积分多光谱影像间的震颤相对误差与单级积分绝对震颤误差的关系，可用下式表达严密视差成像模型：

其中，

结合多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线，严密视差成像模型可以进一步用如下公式表示：

其中，

在本发明的一个具体实施例中，步骤4：对严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位，具体为：

1）基于TDI CCD影像中不同波段的多级积分多光谱影像，得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变

首先选取TDI CCD影像中多级积分多光谱影像的两个波段影像进行高精度密集影像匹配得到垂轨和沿轨两个方向的视差图；在本发明的一个具体实施例中，选取一组多级积分多光谱影像的最佳波段影像组合进行高精度密集匹配，常用到的影像高精度密集匹配方法有最小二乘影像匹配和相位匹配。本实验采用最小二乘影像匹配方法，先确定多光谱影像重叠区，然后采用最小二乘影像匹配进行逐像素匹配获得重叠区内在垂轨和沿轨两个方向上所有同名点的坐标差，生成两个方向的视差图；

基于视差图，得到沿扫描行的多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线；根据起始成像时间和积分时间，将扫描行转换为时刻得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变的时变曲线；利用傅里叶变换得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线的频率和振幅，将获得的频率和振幅作为初始值，采用正弦函数模型对多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线进行整体最小二乘拟合，得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变的频率、振幅和初始相位。

其中，多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线可以用如下公式表示：

其中，

2）结合多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线，对严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅和相位计算公式。

根据平台周期运动和运动合成原理，单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率应与多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变频率一致。

单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅计算公式表示为：

其中，

单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变相位计算公式表示为：

其中，

在本发明的一个具体实施例中，步骤5：基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位与多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线，进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模，其中，多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模，包括：对全色影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模和对多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模，具体为：

基于不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，根据不同多级积分TDI CCD影像的单级积分时间，TDI CCD 积分级数和震颤成像绝对畸变频率，分别得到全色影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量、多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量；

基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位，全色影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，利用多级积分TDICCD影像的震颤像移曲线对全色影像进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模；

基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位，多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，利用多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线分别对多光谱各波段影像进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模。

在本发明的一个具体实施例中，步骤6：根据所述全色影像和多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模结果，对全色影像和多光谱各波段影像进行震颤补偿，具体为：

基于全色影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模结果，利用双线性重采样对全色影像进行震颤补偿；

基于多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模结果，利用双线性重采样分别对多光谱各波段影像进行震颤补偿。

本发明还提供了一种星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模与补偿装置，如图5所示，所述装置包括，

第一构建模块，用于对多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变分析，构建不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系；

获取模块，用于基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变曲线和不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，获取多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线；

第二构建模块，用于基于TDI CCD 分时成像多光谱影像和多级积TDI CCD影像的震颤像移曲线，构建严密视差成像模型；

得到模块，用于对所述严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位；

建模模块，用于基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位与多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线，进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模。

补偿模块，用于根据多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变建模结果，对全色影像和多光谱各波段影像分别进行震颤补偿。

所述严密视差成像模型，构建了多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变与单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变之间的关系，表示为：

其中，

所述对严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅和相位计算公式，包括：单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅关系式：

其中，

单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变相位关系式：

其中，

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

下面将结合具体的实施例对本发明技术方案进一步进行说明。

本发明技术方案通过理论分析和仿真验证得到了不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，通过对某卫星的全色影像和多光谱影像进行震颤补偿验证了所构建的严密视差成像模型的正确性，以及星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模方法的可行性。

以下给出一个具体的实施例：

图1a表示的是星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模方法的流程示意图，主要包括以下步骤：

步骤1：多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变分析。

根据多级积分TDI CCD影像像移仿真分析，得到不同积分成像时间与多级积分TDICCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，，即

1）仿真因平台震颤引起的多级积分TDI CCD影像的像移曲线。

对于多级积分TDI CCD影像，最终输出的扫描行是由多级积分影像合成的影像，TDI CCD多级积分过程中每一级成像因平台震颤引起的像移随时间而变化，故其受到的平台震颤影响是每一级影像受到影响的合成效果，合成后的影像受到的影响不再与单级积分影像相同。若TDI CCD积分级数为

(1)

其中，

2）获取某一单级积分时间下不同TDI CCD积分级数与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅和相位的对应关系

利用公式（1）仿真在相同单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅，初相位以及单级积分成像时间，不同震颤成像绝对畸变频率、不同TDI CCD积分级数下的多级积分TDI CCD影像像移曲线，然后对像移曲线进行正弦函数拟合，获取不同震颤成像绝对畸变频率下不同TDI CCD积分级数的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变振幅和相位参数，从而得到某一单级积分时间下不同TDI CCD积分级数与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅和相位的对应关系；

其中，假设单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅为1个像素，初始相位为0，单级积分时间为0.00036s，在震颤成像绝对畸变频率为50Hz和100Hz的震颤条件下，从单级积分到167级积分，仿真因平台震颤引起的多级积分TDI CCD影像像移曲线，得到单级积分时间为0.00036s时不同震颤成像绝对畸变频率下不同TDI CCD积分级数与多级积分TDICCD影像震颤成像绝对畸变的振幅和相位的对应关系。

3）获取不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系。

由于平台震颤对不同TDI CCD积分级数的多级积分TDI CCD影像的影响是与积分时间和震颤成像绝对畸变频率相关的，进一步得到多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变振幅以及相位与

将多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变振幅和相位与设置的单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅和初相位进行相比较，得到不同积分成像时间下的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，即

因此当TDI CCD积分级数、单级积分时间和震颤成像绝对畸变频率都确定时，根据

步骤2：基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变曲线和不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，获取多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线；

基于多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变分析，多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线可表示为：

（2）

其中，

步骤3：构建严密视差成像模型。

基于TDI CCD分时成像多光谱影像，构建的严密视差成像模型表示为：

(3)

其中，

结合公式（2）和（3），严密视差成像模型进一步表示了多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变与单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变之间的关系，可以用如下公式表示：

(4)

其中，

步骤4：基于严密视差成像模型的单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变反演。先基于TDI CCD影像中不同波段的多级积分多光谱影像，得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线；基于多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线，对严密视差成像模型进行反演得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位。

1）基于TDI CCD影像中不同波段的多级积分多光谱影像，得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变

高精度密集匹配。利用高分某卫星的B1和B3两个波段的多级积分多光谱影像进行高精密度匹配，本实验采用最小二乘影像匹配方法。确定多光谱影像重叠区，然后采用最小二乘影像匹配进行逐像素匹配获得重叠区内在垂轨和沿轨两个方向上所有同名点的坐标差，生成两个方向的视差图。

多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变分析。基于视差图，得到沿扫描行的多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线；根据起始成像时间和积分时间，将扫描行转换为时刻得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变的时变曲线；利用傅里叶变换得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线的频率和振幅，将获得的频率和振幅作为初始值，采用正弦函数模型对多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线进行整体最小二乘拟合，得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变的频率、振幅和初始相位。

其中，多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线可以用如下公式表示：

(5)

其中，

2）结合公式（4）和公式（5），对严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅和相位计算公式。

根据平台周期运动和运动合成原理，单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率应与多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变频率一致。

单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变振幅计算公式表示为：

(6)/>

其中，

单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变相位计算公式表示为：

(7)

其中，

3）该实施例中使用的高分某卫星的多级积分多光谱影像的B1、B3波段的积分级数分别为48和24，单级积分时间为0.000362395311s，震颤成像绝对畸变频率均为100Hz；基于步骤1的分析，根据

步骤5：多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模。根据单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位，以及多级积分TDI CCD影像（含全色影像和多光谱影像）震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，根据公式（2）对多级积分TDI CCD影像进行震颤成像绝对畸变精确建模。

1）基于不同积分成像时间与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系，根据不同多级积分TDI CCD影像

2）基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位，全色影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，利用公式（2）对全色影像进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模；

3）基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位，多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，利用公式（2）分别对多光谱各波段影像进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模。

步骤6：多级积分TDI CCD影像震颤补偿。根据全色影像和多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模结果，对全色影像和多光谱各波段影像进行震颤补偿。

1）基于全色影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模结果，利用双线性重采样对全色影像进行震颤补偿；

2）基于多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模结果，利用双线性重采样分别对多光谱各波段影像进行震颤补偿。

其中震颤补偿前的全色影像如图3a-3c所示，图3a-图3c为全色影像的三个不同区域，震颤补偿后的全色影像如图4a-图4c所示，图4a-图4c为图3a-3c中相对应的进行震颤补偿后的三个区域。

综上所述，本发明针对TDI CCD多级积分成像特点，根据理论分析和仿真验证得到了不同积分成像时间下的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量；基于TDI CCD分时成像多光谱影像，构建严密视差成像模型，建立了多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变与单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变之间的关系；对不同波段的多级积分多光谱影像进行密集匹配，得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线；基于多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线对严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位；进而对多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变进行精确建模，最终进行多级积分TDI CCD影像震颤补偿，校正几何畸变，提供了星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模方法及系统。

本发明提供了一种星载TDI CCD影像震颤成像畸变精确建模方法及系统，主要包括六大步骤。第一步是多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变分析。利用多级积分TDICCD影像像移公式，仿真因平台震颤引起的多级积分TDI CCD影像像移曲线，得到不同积分成像时间（TDI CCD 积分级数、单级积分时间和震颤成像绝对畸变频率的乘积）与多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量的关系。第二步是获取多级积分TDI CCD影像的震颤像移曲线。第三步是构建严密视差成像模型。基于TDI CCD分时成像多光谱影像，构建严密视差成像模型，该模型建立了多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变与单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变之间的关系。第四步是基于严密视差成像模型的单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变反演。选取多级积分多光谱影像的两个波段影像进行密集匹配，得到多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线；然后基于多级积分多光谱影像间的震颤成像相对畸变曲线，对严密视差成像模型进行反演，得到单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位。第五步是多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模。基于单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变频率、振幅和初相位，以及全色影像和多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变的振幅衰减因子和相位偏移量，对全色影像和多光谱各波段影像进行多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模。最后是多级积分TDI CCD影像震颤补偿。利用全色影像和多光谱各波段影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模结果分别对全色影像和多光谱影像进行震颤补偿，校正影像几何畸变。

同时，本发明以真实的遥感卫星数据进行验证实验，实现单级积分多光谱影像的震颤成像绝对畸变的检测及全色影像和多光谱影像的多级积分TDI CCD影像震颤成像绝对畸变精确建模，为多级积分TDI CCD影像震颤补偿提供可靠数据基础。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

基于上述公开的内容，对应地本发明还提供了一种电子设备。如图6所示，本公开实施例的电子设备包括电气连接的至少一个处理器和只要一个存储器，所述存储器与所述处理器电气连接，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上控制器执行的所述方法步骤。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。