一種基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法及系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，包括對(duì)原始的多光譜影像進(jìn)行預(yù)處理，得到未配準(zhǔn)多光譜影像；波段選擇，包括選取用于檢測(cè)的兩個(gè)波段；密集匹配，包括選取樣本點(diǎn)，然后利用影像相關(guān)匹配得到像素級(jí)匹配結(jié)果，最后利用最小二乘匹配得到子像素精度的同名像點(diǎn)坐標(biāo)，得到匹配同名點(diǎn)；震顫分析，包括首先對(duì)匹配同名點(diǎn)逐點(diǎn)計(jì)算配準(zhǔn)誤差，然后進(jìn)行逐行分析得到配準(zhǔn)誤差隨成像行的變化，最后通過(guò)傅里葉變換對(duì)平臺(tái)震顫時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，獲取震顫引起的頻譜特征。本發(fā)明在無(wú)高精度高頻率震顫測(cè)量設(shè)備實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)，可準(zhǔn)確獲取震顫頻率。
【專利說(shuō)明】一種基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星遙感地面預(yù)處理領(lǐng)域，特別是涉及到一種利用多光譜影像檢測(cè)衛(wèi)星平臺(tái)震顫的技術(shù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星平臺(tái)震顫，是指衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間，星上運(yùn)動(dòng)部件周期性運(yùn)動(dòng)或因變軌冷熱交變等因素引發(fā)的擾動(dòng)，使星體產(chǎn)生一種幅值較小、頻率較高的顫振響應(yīng)。平臺(tái)震顫具有微小性、固有性、難控性和敏感性等特點(diǎn)。隨著遙感衛(wèi)星空間分辨率的提高，衛(wèi)星平臺(tái)震顫對(duì)成像質(zhì)量的影響越來(lái)越受到衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)、相機(jī)設(shè)計(jì)以及地面處理與應(yīng)用部門(mén)的重視。日本NASDA利用試驗(yàn)衛(wèi)星ETS-VI進(jìn)行了衛(wèi)星振動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)，衛(wèi)星平臺(tái)角振動(dòng)在0.39Hz到250Hz范圍內(nèi)的徑向均方根為16.3 μ rad (約3.36角秒)，其中83.6 %的振動(dòng)能量集中在0.39?IOHz之間，99%以上的能量在102Hz以下。哈爾濱工業(yè)大學(xué)通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)研究了平臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)星載TDI CCD成像質(zhì)量的影響，研究結(jié)果表明平臺(tái)振動(dòng)會(huì)引起不同程度的圖像模糊和幾何變形，將直接影響衛(wèi)星影像產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0003]對(duì)于遙感衛(wèi)星平臺(tái)震顫，一方面需要通過(guò)動(dòng)力學(xué)方法采取隔振和抑振措施，避免和減小其對(duì)成像的影像，另外一方面需通過(guò)直接或者間接的方式進(jìn)行平臺(tái)震顫測(cè)量，對(duì)其引起的像質(zhì)下降和幾何變形進(jìn)行補(bǔ)償。然而平臺(tái)震顫不可避免，難以控制，很難做到百分之百的抑振和隔振，因此對(duì)平臺(tái)震顫的精確測(cè)量才能保證高分辨率遙感影像的高質(zhì)量、高精度處理。衛(wèi)星平臺(tái)震顫直接測(cè)量是利用測(cè)量頻率和測(cè)量精度均較高的角度傳感器進(jìn)行測(cè)量，獲取平臺(tái)角位移、角速度和角加速度等信息。常用的角度傳感器有MHD角速度傳感器和FDI角位移傳感器，測(cè)量精度優(yōu)于0.2角秒，測(cè)量頻率高達(dá)上千赫茲，在國(guó)外在軌衛(wèi)星中已有應(yīng)用，但目前國(guó)內(nèi)暫無(wú)在軌衛(wèi)星搭載這類姿態(tài)測(cè)量載荷，因此還無(wú)法獲取在軌衛(wèi)星平臺(tái)的震顫情況。平臺(tái)震顫間接測(cè)量是利用非姿態(tài)測(cè)量裝置對(duì)平臺(tái)震顫進(jìn)行檢測(cè)與估計(jì)?；谶b感影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)是進(jìn)行平臺(tái)震顫分析的思路之一。法國(guó)國(guó)家空間研究中心(CNES)提出基于立體像對(duì)的衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)探測(cè)方法，分別對(duì)翻滾、俯仰和偏航三個(gè)方向的平臺(tái)震顫進(jìn)行識(shí)別和移除，但僅做了仿真實(shí)驗(yàn)，并未對(duì)真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。日本東京大學(xué)也發(fā)表了利用多光譜影像進(jìn)行衛(wèi)星震顫?rùn)z測(cè)和補(bǔ)償?shù)难芯空撐?，但文中提出的方法和?shí)驗(yàn)僅對(duì)垂直于推掃方向(即飛行方向)的配準(zhǔn)誤差進(jìn)行了檢測(cè)，且缺乏必要頻譜分析。不論在平臺(tái)震顫直接測(cè)量還是間接檢測(cè)方面，國(guó)內(nèi)還暫無(wú)通過(guò)遙感影像對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)震顫進(jìn)行檢測(cè)分析方面的公開(kāi)發(fā)表論文與專利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)震顫難以測(cè)量的問(wèn)題，提供了一種基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)技術(shù)方案。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案提供一種基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法，包括以下步驟:[0006]步驟1，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，包括對(duì)原始的多光譜影像進(jìn)行預(yù)處理，得到未配準(zhǔn)多光譜影像；
[0007]步驟2，波段選擇，包括選取用于檢測(cè)的兩個(gè)波段；
[0008]步驟3，密集匹配，包括選取樣本點(diǎn)，然后利用影像相關(guān)匹配得到像素級(jí)匹配結(jié)果，最后利用最小二乘匹配得到子像素精度的同名像點(diǎn)坐標(biāo)，得到匹配同名點(diǎn)；
[0009]步驟4，震顫分析，包括首先對(duì)匹配同名點(diǎn)逐點(diǎn)計(jì)算配準(zhǔn)誤差，然后進(jìn)行逐行分析得到配準(zhǔn)誤差隨成像行的變化，最后通過(guò)傅里葉變換對(duì)平臺(tái)震顫時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，獲取震顫引起的頻譜特征。
[0010]而且，步驟2中選取的兩個(gè)波段為相鄰的可見(jiàn)光波段。
[0011]而且，步驟3中選取樣本點(diǎn)的方式為逐點(diǎn)或者以一定間隔選取。
[0012]而且，步驟3中利用影像相關(guān)匹配得到像素級(jí)匹配結(jié)果，包括利用初始CXD設(shè)計(jì)值，計(jì)算同名像點(diǎn)的初始位置；在同名像點(diǎn)初始位置的八鄰域范圍內(nèi)搜索同名像點(diǎn)的位置，以相關(guān)系數(shù)作為影像匹配的匹配測(cè)度，在搜索匹配目標(biāo)中選取相關(guān)系數(shù)最大的點(diǎn)作為同名點(diǎn)。
[0013]而且，步驟4中對(duì)匹配同名點(diǎn)計(jì)算配準(zhǔn)誤差，實(shí)現(xiàn)方式如下，
[0014]設(shè)步驟2選擇的兩個(gè)波段為M、N，設(shè)第u掃描行中匹配出V個(gè)點(diǎn)，第u掃描行中第k個(gè)同名像點(diǎn)的配準(zhǔn)誤差 計(jì)算如下，
[0015]Κη?
[0016]Ayuji ? -Ay
[0017]其中，Axu k，Ayujk分別為沿CXD方向和沿推掃方向的配準(zhǔn)誤差，
(?^?,)分別為第U行的第k個(gè)同名像點(diǎn)在M，N兩個(gè)波段影像上的坐標(biāo)，Δχ, Ay為兩個(gè)波段CXD之間在沿CXD和沿推掃方向的平移設(shè)計(jì)值。
[0018]而且，步驟4中進(jìn)行逐行分析得到配準(zhǔn)誤差隨成像行的變化，實(shí)現(xiàn)方式如下，
[0019]設(shè)第u掃描行最終匹配出V個(gè)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)沿C⑶方向的配準(zhǔn)誤差平均值A(chǔ)x(U)和沿推掃方向的配準(zhǔn)誤差平均值A(chǔ)y(u),
【權(quán)利要求】
1.一種基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法，包括以下步驟: 步驟1，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，包括對(duì)原始的多光譜影像進(jìn)行預(yù)處理，得到未配準(zhǔn)多光譜影像； 步驟2，波段選擇，包括選取用于檢測(cè)的兩個(gè)波段； 步驟3，密集匹配，包括選取樣本點(diǎn)，然后利用影像相關(guān)匹配得到像素級(jí)匹配結(jié)果，最后利用最小二乘匹配得到子像素精度的同名像點(diǎn)坐標(biāo)，得到匹配同名點(diǎn)； 步驟4，震顫分析，包括首先對(duì)匹配同名點(diǎn)逐點(diǎn)計(jì)算配準(zhǔn)誤差，然后進(jìn)行逐行分析得到配準(zhǔn)誤差隨成像行的變化，最后通過(guò)傅里葉變換對(duì)平臺(tái)震顫時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，獲取震顫引起的頻譜特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法，其特征在于:步驟2中選取的兩個(gè)波段為相鄰的可見(jiàn)光波段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法，其特征在于:步驟3中選取樣本點(diǎn)的方式為逐點(diǎn)或者以一定間隔選取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法，其特征在于:步驟3中利用影像相關(guān)匹配得到像素級(jí)匹配結(jié)果，包括利用初始CCD設(shè)計(jì)值，計(jì)算同名像點(diǎn)的初始位置；在同名像點(diǎn)初始位置的八鄰域范圍內(nèi)搜索同名像點(diǎn)的位置，以相關(guān)系數(shù)作為影像匹配的匹配測(cè)度，在搜索匹配目標(biāo)中選取相關(guān)系數(shù)最大的點(diǎn)作為同名點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法，其特征在于:步驟4中對(duì)匹配同名點(diǎn)計(jì)算配準(zhǔn)誤差，實(shí)現(xiàn)方式如下， 設(shè)步驟2選擇的兩個(gè)波段為M、N，設(shè)第u掃描行中匹配出V個(gè)點(diǎn)，第u掃描行中第k個(gè)同名像點(diǎn)的配準(zhǔn)誤差計(jì)算如下，
=?“ -Δλ: 其中，Axu；k, Ayult分別為沿CXD方向和沿推掃方向的配準(zhǔn)誤差，(?^?Λ)，(?,, ,?,)分別為第u行的第k個(gè)同名像點(diǎn)在M，N兩個(gè)波段影像上的坐標(biāo)，Δχ, Ay為兩個(gè)波段CXD之間在沿CXD和沿推掃方向的平移設(shè)計(jì)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法，其特征在于:步驟4中進(jìn)行逐行分析得到配準(zhǔn)誤差隨成像行的變化，實(shí)現(xiàn)方式如下， 設(shè)第u掃描行最終匹配出V個(gè)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)沿CCD方向的配準(zhǔn)誤差平均值A(chǔ)x(U)和沿推掃方向的配準(zhǔn)誤差平均值A(chǔ)y(u),
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)方法，其特征在于:步驟4中通過(guò)傅里葉變換對(duì)平臺(tái)震顫時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，實(shí)現(xiàn)方式如下，設(shè)多光譜影像每一行的積分時(shí)間為At，那么對(duì)于U個(gè)成像行影像，成像總時(shí)間為T(mén) =Δ t.U,對(duì)于第u成像行對(duì)應(yīng)成像時(shí)刻為tu = ?0+Δ t.u, u = O, I,......U-1,其中tQ為起始成像時(shí)間， 對(duì)Ax(U)的離散序列，進(jìn)行傅里葉變換如下，
8.一種基于多光譜影像的衛(wèi)星平臺(tái)震顫?rùn)z測(cè)系統(tǒng)，包括以下模塊: 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備模塊，用于對(duì)原始的多光譜影像進(jìn)行預(yù)處理，得到未配準(zhǔn)多光譜影像； 波段選擇模塊，用于選取用于檢測(cè)的兩個(gè)波段； 密集匹配模塊，用于選取樣本點(diǎn)，然后利用影像相關(guān)匹配得到像素級(jí)匹配結(jié)果，最后利用最小二乘匹配得到子像素精度的同名像點(diǎn)坐標(biāo)，得到匹配同名點(diǎn)； 震顫分析模塊，用于首先對(duì)匹配同名點(diǎn)逐點(diǎn)計(jì)算配準(zhǔn)誤差，然后進(jìn)行逐行分析得到配準(zhǔn)誤差隨成像行的變化，最后通過(guò)傅里葉變換對(duì)平臺(tái)震顫時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，獲取震顫引起的頻譜特征。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK103983343SQ201410234816
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】王密, 朱映, 潘俊, 李德仁 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)