[發明專利]一種基于單景高分辨率光學遙感圖像估算飛機速度的方法

在審

• 申請號: 201810539015.3
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108663535A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 趙竹新;楊利峰;宛東生;趙紀金;趙博威;蔣巧文;王海強
• 申請（專利權）人: 北京市遙感信息研究所
• 主分類號: G01P3/68
• 分類號: G01P3/68
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發明公開了一種基于單景高分辨率光學遙感圖像估算飛機速度的方法，由于該算法測量運動參數的原理不是利用不同傳感器成像時間的間隔，因此廣泛適用于采用推掃式線陣傳感器采集圖像的高分辨率光學遙感衛星，特別是僅僅采用一種波段傳感器的遙感衛星，例如WorldView?1等；另外，該算法將飛機的運動方向以方向向量的形式求得，并不要求飛機的實際飛行方向與衛星運動方向一致或相反。該算法并不要求知道飛機上特征點確切的空間位置，只需要知道特征點之間相對的位置即可，也就是說只要知道飛機上特征點之間成像的時間間隔和飛機的幾何參數，就可以給出飛機的運動參數估計，需要的信息量少。

技術領域

本發明屬于衛星遙感技術領域，具體涉及一種基于單景高分辨率光學遙感圖像估算飛機速度的方法。

背景技術

運動目標的檢測與測量在軍事和民用領域有著很高的應用價值。隨著星載光學傳感器在遙感領域的廣泛應用，分辨率水平不斷的提高，目前，QuickBird，WorldView-1，WorldView-2等遙感衛星的地面分辨率已經達到了亞米級，也為從太空中觀測測量地面感興趣運動目標成為可能，一些機構和人員研究利用光學遙感數據檢測地面或空中動目標的運動特性。

針對從光學衛星圖像測量地面目標運動往往受到圖像數量不足的限制，近些年來，興起了從單幅高分辨率光學衛星圖像中估計目標運動參數的新研究。目前商業用途的高分辨率遙感光學衛星全部采用線陣CCD實現推掃式成像，而且在傳感器的焦平面上往往同時放置全色(Panchromatic，PAN)和多光譜(Multi-spectral，MS)波段的線陣傳感器。全色波段傳感器和多光譜波段的傳感器是有一定距離的，這個距離造成了不同波段的傳感器對同一地點成像時間的差異。另外，不同傳感器的成像時間也存在一段間隔。

2004年，日本科學家Etaya等人發現了QuickBird衛星上的全色傳感器和多光譜傳感器在成像時存在時間間隔，使得在分別拍攝運動目標時存在位置上的差異，Etaya等利用這種差異進行了運動檢測。

這一研究引起了人們的關注，隨后Z.Xiong，Y.,Zhang，Yamazaki，Wen，Easson，Pesaresi，陶建偉等人分別在特征提取、地面實際距離測量模型等方面對此進行了深入的研究，完善了利用多傳感器合成的單幅高分辨率光學圖像中獲取地面目標運動參數的方法。上述研究都是利用高分辨率光學衛星上不同傳感器成像時間間隔導致運動目標成像差異的原理來估計運動參數的。也就是說，必須要是多傳感器同時在一幅衛星圖像上同時成像。但對于某些衛星來說，比如WorldView-1，其焦平面上僅有一種線陣傳感器(全色波段線陣傳感器)，這些方法將難以發揮作用。因此，有必要探索更加具有一般性的利用推掃式光學圖像的運動參數測量方法。

傳統的遙感成像理論假設整幅圖像是在同一時刻拍攝的，因此把遙感圖像中的地物看成是靜止的或者是在短時間內光譜特征是保持不變的。這種假設對框幅式傳感器在極短的時間內成像是成立的，而對我們目前普遍采用的高分辨率線陣推掃式傳感器是不成立的。在衛星分辨率不高的情況下，地面運動目標和靜止目標的成像差異并不容易區分開來；但在衛星相機傳感器分辨率足夠高時，推掃獲取的飛機等高速目標的影響會發生因相對運動而產生的形狀變化。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于單景高分辨率光學遙感圖像估算飛機速度的方法，可以簡化計算過程。

本發明的一種飛機速度估算方法，采用衛星搭載配置有線陣傳感器的相機對飛機進行推掃式光學成像，利用獲得的影像估計飛機飛行速度，具體包括如下步驟：

步驟1、定義像空間坐標系o-xyz，坐標系原點o為相機攝影中心，坐標系的x軸和y軸分別垂直和平行于線陣傳感器平面，坐標系的z軸沿著相機線陣傳感器主光軸的方向；定義地面坐標系O-XYZ作為攝影測量坐標系，取飛機第一次被拍攝到時衛星的星下點作為攝影測量坐標系O-XYZ的坐標原點O，Z軸沿著從星下點到衛星的方向，X軸沿著衛星掃描的方向，Y軸根據右手螺旋定則確定；