[發明專利]一種基于云掩膜的靜止軌道衛星序列影像高精度配準方法

有效

• 申請號: 202011340239.5
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112419380B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 常學立;鄧博;葉志偉;王春枝;靳華中
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G06T7/38
• 分類號: G06T7/38;G06T7/37;G06T7/33
• 代理公司: 棗莊小度智慧知識產權代理事務所(普通合伙) 37282
• 代理人: 鄭素娟

本發明公開了一種基于云掩膜的靜止軌道衛星序列影像高精度配準方法。通過虛擬重成像方式生成單幀無畸變影像，消除序列影像單幀內部畸變；然后利用最大類間方差法計算的二次自適應閾值，對序列影像進行快速云檢測；并利用序列影像間建立的粗幾何關系獲得非參考幀與參考幀間的同名匹配塊，采用SIFT算法逐塊進行匹配得到同名特征點；之后結合云檢測結果剔除云區的誤匹配點，并采用隨機采樣一致性對誤匹配點進一步剔除，得到高可靠的同名點對；基于整體仿射變換的配準模型對序列影像進行配準處理。本發明有效避免云帶來的匹配粗差，有利于提高序列影像配準的精度，實現序列影像的高精度配準。

技術領域

本發明屬于遙感衛星影像處理領域，涉及一種基于云掩膜的靜止軌道衛星序列影像高精度配準技術方案。

背景技術

地球靜止軌道衛星具有對地觀測位置相對固定、時間分辨率高、觀測范圍廣等特點，適合于長期連續觀測及快速訪問成像，是衛星對地觀測的重要一環。但由于其軌道高度極高，獲取的大量序列影像間存在較大的非線性幾何變形，需要進行高精度配準以保證序列影像后續處理和應用的質量。

基于影像匹配的像方配準是目前應用最廣的影像配準方法，利用在待配準的影像之間通過影像匹配獲取的同名像點，擬合待配準影像之間建立的幾何糾正模型(如仿射變換模型)。而靜止軌道衛星面陣相機具有軌道高度高和視場角窄的成像特點，造成單幀影像存在較嚴重的內部畸變，給序列影像間幾何糾正模型的建立及同名像點的匹配增加一定的難度；再加上靜止軌道衛星較大成像幅寬的標準景影像中云覆蓋現象也較多，而云呈現出的緩慢移動特點，極易在較短成像間隔的序列影像匹配中引入大量的誤匹配點，為序列影像高精度配準帶來了困難。現有的誤匹配點剔除算法往往考慮的是樣本點較差情況下的剔除，很少考慮云層等運動目標點引起的誤匹配，但這些點位誤差較小，難以剔除。因此，如何消除單幀影像內部的畸變問題，簡化待配準影像間的幾何糾正模型，并有效抑制序列影像中云層等因素對影像匹配的影響，提高同名點匹配的可靠性和穩健性，是靜止軌道衛星序列影像高精度配準的關鍵。

發明內容

本發明所要解決的問題是，針對靜止軌道衛星序列影像內部畸變復雜和云區匹配粗差問題，提供一種基于云掩膜的序列影像高精度配準技術方案。

本發明的技術方案提供一種基于云掩膜的靜止軌道衛星序列影像高精度配準方法，包括以下步驟：

步驟1，基于虛擬大面陣的單幀無畸變影像生成。靜止軌道衛星采用面陣傳感器成像，通過在焦面設計一個無畸變的虛擬面陣，基于真實面陣和虛擬面陣在物方空間的一致性來建立兩者之間的坐標對應關系，將真實面陣影像重采樣成無畸變虛擬面陣影像，以消除每一幀影像的內部畸變。

首先根據成像時的姿態、軌道參數以及高精度的內外方位元素檢校結果，基于影像內部的二維指向角模型構建嚴格幾何成像模型，如下式所示：

其中，

式中，λ為系數尺度因子；是幾何檢校的外方位元素，表示相機的安裝矩陣，(pitch,roll,yaw)為相機安裝角；為J2000坐標系到ADS坐標系的旋轉矩陣，可根據成像時間由姿態數據插值得到；為WGS-84坐標系到J2000坐標系的旋轉矩陣；[X_g?Y_gZ_g]^T表示WGS-84坐標系下的物方點坐標；[X_body?Y_body?Z_body]^T表示投影中心在J2000坐標系下的坐標，可根據成像時間由軌道數據插值得到；(ψ_x,ψ_y)為二維指向角，是用來描述相機內部各個面陣探元的影像內部畸變模型；(s,l)是像平面坐標系下的探元坐標；ax₀,ax₁,…,ax₉和ay₀,ay₁,…,ay₉是幾何檢校內方位參數。