空基下视时序影像瞬时成像模型研究

物方空间的物体随着时间的推移进行着绝对运动,运动导致了相对位置的变化,时间序列影像记录了物方三维空间的动态变化。本文基于下视时间序列影像的动态特性,在共线方程中引入时间元素,提出了空基下视时间序列影像瞬时成像模型,描述了动态“物像”间的瞬时投影关系;针对地表不同类型动态物体,构建了“由像到物”的应用模型,实现了从像方动态特征计算地表物体特征的目的。通过仿真和真实航空下视序列影像的试验与分析,验证了序列影像瞬时成像模型能够定量计算像地动态特征。     

单景卫星遥感影像目标运动信息提取技术

深入分析了高分辨率卫星遥感线阵推扫成像过程中运动目标影像的时空移变特性,充分利用卫星多线阵推扫成像传感器排布特点和卫星成像时间、姿态和轨道等辅助参数,建立了线阵推扫时空移变成像模型。提出了一种基于单景卫星影像不同波段信息的目标运动信息提取方法,并采用资源三号多光谱影像进行了飞机飞行速度信息提取试验。试验结果验证了基于单景卫星影像提取速度信息的有效性和稳定性。     

中国香港维多利亚港的夜光影像

正封面图片为吉林一号视频卫星03星于2017年6月28日获取的中国香港维多利亚港的夜光影像。吉林一号星座由长光卫星技术有限公司研制运营,由光学A星、视频卫星(01、02、03星)以及双模式卫星组成.视频卫星分辨率0.92 m,幅宽11 km×4.5 km,具有多种成像模式,包括:凝视视频模式、半凝视模式、同轨多点模式、推扫模式、夜光模式以及惯性空间横式。吉林一号双横式卫星是中国首颗具有红边波段的米级分辨率光学遥感卫星,推扫相机全色分辨率优于1 m,多光谱分辨率优于4 m,包含蓝色、绿色、红色、红边及近红外波段,能极大提升植被长势监测、病虫害识别及理化参数估算的精度,是植被定置遥感的重要谱段。The cover image shows the nighttime light of Victoria Harbour Hong Kong,China,which was obtained on June 28,2017 by the JL-1 video     

WorldView-2核线影像立体测图研究

卫星遥感影像大多是线阵推扫式成像模型,且分辨率越米越高,研究遥感影像数字测图具有重要现实意义.线阵推丰J式成像方式与传统框幅式摄影测量小同,线阵CCD的每一扫描行都具有独市的外方位元素,这使得高分辨率遥感影像的核线模型不再是一直线,而是类似于双曲线的形状.比较框幅式摄影测量与推扫式成像核线模型之间的差异,在具有约束条件的情况下,线阵遥感影像的匹配方法仍可在接近一维的形式下进行,加快影像处理的速度.     

遥感视频卫星应用展望

目前遥感技术发展迅速,人类逐步进入了以高时间分辨率、高光谱分辨率和高空间分辨率为特征的对地观测新时代。视频卫星的出现为遥感实时对地观测提供了新的契机,契合未来遥感即时商业发展的需求。首先总结视频卫星的国内外发展现状和趋势,介绍视频卫星的成像原理,对比视频卫星的滚扫式成像模式与传统卫星的推扫式成像模式的差异,展望了视频卫星未来在大型商业区车辆实时监测、自然灾害应急快速响应、重大工程监控和军事安全等4个重点领域的应用潜力。     

GF-4卫星不同成像状态下影像定位误差特性分析

高分四号（GF-4）卫星作为我国高分对地观测系统中一颗高分辨率面阵成像的静止轨道卫星，其在不同成像状态下的影像几何定位精度一直是科研人员和应用部门所关注的。本文以谷歌地球数据为几何参考，通过对比GF-4卫星影像和谷歌地球影像上同名点位置信息，分析了GF-4卫星在凝视、俯仰、滚动成像状态下的影像定位特性。结果表明，单幅影像内部均出现了明显的系统误差，凝视成像过程中同一点位的影像定位误差波动较小，俯仰/滚动姿态影像定位误差与俯仰角/滚动角成正比关系。该结论可为地面数据处理部门和用户在数据校正和应用时提供参考。     

无地面控制点卫星摄影测量高程误差估算

本文推导了星载测定外方位元素参与下,无地面控制点卫星摄影测量高程误差估算公式。分别按姿态变化率为1 0 -6°/s的二线阵CCD推扫式影像、姿态变化率低于1 0 -6°/s的二线阵CCD推扫式影像以及LMCCD推扫式影像进行推算。各个估算公式均给出算例,供设计无地面控制卫星摄影测量工程应用。     

卫星摄影测量LMCCD相机的建议

建议在平行排列的三线阵CCD相机的正视阵列上下端两侧各附加一个128×128像元小面阵CCD,构成线阵、面阵混合配置的相机.卫星推扫摄影时,每经历(ftanα/10)/pixel时间(取样周期),附带记录小面阵影像.采用"等效框幅"(equivalence frame Dhoto并简写为EFP)[1]光束法平差,应用三线阵CCD影像及小面阵影像,实现了单航线四控点(航线首末端四角隅各一个控制点)空中三角测量,取得与相同参数的框幅像片平差相当的结果.而且平差精度受卫星飞行姿态变化率影响甚微.采用与MOMS-02/D2相类似的参数进行数值模拟计算,给出了B≥2航线空中三角测量精度统计,说明了LMCCD相机影像空中三角测量的效能.以上f=正视相机主距,α=前视光线、后视光线与正视光线的夹角,B=正视影像投影中心与前、后视影像投影中心距离.     

面向星载CMOS相机的超时相工作方式研究

随着星载面阵CMOS探测器的广泛使用,使得获取超时相数据成为可能,这为新型对地遥感工作模式带来新的发展机遇。本文不再局限于采用单一技术解决单一技术指标的传统解决问题的方式,系统性地提出一种面向星载面阵CMOS相机的新型成像方式,利用面阵CMOS相机连续快速曝光在极短的时间内获取同一观测区域的超时相序列数据,通过图像重建的方式,实现一揽子的图像质量提升,即同时实现虚拟数字时间延迟积分TDI（Time Delay Integration）、调制传输函数MTF（Modulation Transfer Function）补偿和空间分辨率GSD（Ground Sampling Distance）提升。这种新型成像方式的优点是,可以改善星载光学相机是探测器受限系统的窘境,进而在不改变光学系统的情况下,通过求解一个病态方程,实现对地遥感图像空间分辨率与成像质量的综合提升。基于实验室的靶标仿真实验数据、基于低轨光学遥感卫星OVS-1A、吉林一号视频03卫星和高分四号卫星的真实数据实验结果表明,无论是信噪比,图像清晰度还是空间分辨率都有明显提升。这种新型成像方式已被中国后续某地球同步轨道光学成像卫星所采用,可以预见的是,这种成像方式不仅可以使得在轨卫星发布更高分辨率与更好图像质量的产品,盘活在轨卫星的探测资源;在实现同样空间分辨率与图像质量的前提下,可以有效降低光学相机载荷的体积与重量,进而可以有效降低未来光学卫星的研制成本。     

一种基于物方几何约束的线阵推扫式影像坐标反投影计算的快速算法

根据物点坐标计算其对应的像点坐标即坐标反投影计算,是线阵推扫式影像处理的基础.由于线阵推扫式影像多中心成像的特点,必须通过迭代计算物点在成像时刻对应的扫描行,然后再精确计算物点对应的像点坐标,因此,坐标反投影计算的效率直接影响线阵推扫式影像的处理效率.本文提出一种基于物方几何约束的线阵推扫式影像坐标反投影计算的快速算法.该算法采用了一种高效的基于物方投影几何约束的最佳扫描线搜索策略,基于线阵推扫式影像特有的摄影几何约束,将传统的基于CCD探元焦平面坐标约束的像方迭代搜索过程,转化为基于各扫描行中心投影面约束关系的物方简单几何计算的搜索过程,从而有效地避免了传统像方搜索策略中基于严密传感器数学模型的繁琐计算,有效减少了最佳扫描线搜索的计算量.通过对机载和星载推扫式影像数据的实验,验证了该算法的可行性、精确性和高效性.     

高分辨率卫星影像几何精度真实性检验方法

以日本ALOS卫星为例,分析了线阵推扫式卫星影像成像特征,从理论上阐述利用严密成像几何模型建立卫星影像像点与物点之间的成像几何关系,并利用光束法区域网平差技术对影像几何精度进行真实性检验的方法。在实验部分,基于中国嵩山遥感几何定标场的参考数据,对ALOS卫星影像的几何精度进行了验证,获取了它的有控和无控的定位精度,并用解算的外方位元素建立立体模型,检测不同地形生成DEM精度。     

用RPC替代星载SAR严密成像几何模型的试验与分析

将推扫式光学卫星遥感影像与雷达影像的成像特点进行比照和分析,从理论上阐述RPC模型拟合SAR严密几何成像的可行性.然后,介绍求解RPC参数的基本方法和流程.在实验部分,采用不同分辨率的SAR数据作为实验数据,计算分母不同且为三阶的RPC模型拟合严密成像几何模型的残差.实验结果证明,无论对高分辨SAR影像或是中低分辨率的SAR影像,RPC模型拟合严密几何成像模型都达到了较高的精度,可以取代严密成像几何模型进行摄影测量处理.     

推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型及定向算法研究

提出推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型的概念,在推导推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型基础上,对RPC模型用于表示推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的3维几何模型的可行性进行分析,并用SPOT5HRG影像以进行验证。实验表明,RPC模型能够很好地用于表示推扫式光学卫星影像系统几何校正产品的高程起伏引起的变形规律,基于该模型的影像定向精度不低于推扫式光学卫星影像辐射校正产品的严密成像几何模型。     

小面阵辅助下的天绘一号卫星三线阵影像平差定位方法

提出了一种小面阵辅助下的三线阵卫星影像区域网平差约束方法,该方法以天绘一号卫星三线阵影像严格成像模型为基础,将下视线阵影像的局部区域等效成面阵影像,根据等效面阵影像与小面阵影像上同名像点的坐标差异,增加区域网平差约束方程,实现小面阵影像辅助下的三线阵影像区域网平差处理,完成对等效框幅式平差方法的扩展。利用天绘一号卫星影像数据进行了实验和分析,结果表明,该方法能够以小面阵影像数据为辅助,实现三线阵影像的区域网平差处理和整体定位精度的提升。     

GF-4卫星影像几何定位仿真分析

针对GF-4卫星静止轨道、高时间分辨率、面阵成像的特点,本文通过构建严格成像模型,实现了GF-4卫星影像几何定位仿真模拟。在对初始仿真定位结果进行分析后,建立了几何外检校模型,利用在轨真实成像影像和SRTM DEM对严格成像模型进行外检校处理,同时探讨了仿真控制点分布对相机姿态角常差检校的影响。试验结果表明,经过外检校处理后,构建的仿真模型能够有效模拟GF-4卫星在轨真实影像几何定位误差。     

顾及运动估计误差的“凝视”卫星视频运动场景超分辨率重建

在含有运动地物的“凝视”卫星视频影像超分辨率重建问题中,针对由于运动估计不准确导致的重建后运动物体存在“格网”和“拖尾”等问题,提出了顾及运动估计误差的运动场景超分辨率重建方法。首先,在MAP模型框架下分析了基于L1范数和L2范数的保真项对于运动估计误差的稳健性,引入稳健的M-估计作为保真项,自适应的减少运动估计误差对重建结果的影响;然后,分析了稳健估计条件下Tikhonov、TV、BTV正则项的重建效果;最后,提出了基于稳健估计的双边滤波超分辨率重建方法,用SkyBox和吉林一号的卫星视频数据验证本文方法。试验证明,本文方法对含有运动目标的卫星视频影像具有较好的重建效果,重建后动态和静态地物细节都得到提升,归一化方差和梯度能量指标都优于其他方法。试验表明了本文方法的可行性。     

GF-4卫星影像几何定位仿真分析

针对GF-4卫星静止轨道、高时间分辨率、面阵成像的特点,本文通过构建严格成像模型,实现了GF-4卫星影像几何定位仿真模拟。在对初始仿真定位结果进行分析后,建立了几何外检校模型,利用在轨真实成像影像和SRTM DEM对严格成像模型进行外检校处理,同时探讨了仿真控制点分布对相机姿态角常差检校的影响。试验结果表明,经过外检校处理后,构建的仿真模型能够有效模拟GF-4卫星在轨真实影像几何定位误差。     

线阵推扫式影像外定向的一种新算法

线阵推扫式影像外方位元素间的强相关性,导致法方程病态,外方位元素的最小二乘估计值误差较大.本文提出采用岭-压缩组合估计解决线阵列推扫式影像的外定向问题.该算法是综合岭估计和压缩估计的一种新有偏算法,它通过对最小二乘估计值的不同分量进行不同比例的压缩使估计值最优.文中采用10 m分辨率的SPOT 1全色影像和2.5 m分辨率的SPOT 5全色影像进行实验,并与商业遥感软件Erdas的实验结果进行比较.研究结果表明该算法能有效地克服线阵推扫式影像外方位元素间的相关性,定位精度较高,定向点精度在1个像素内,检查点精度在1.5个像素内,达到Erdas软件的定位精度.     

嫦娥二号影像密集匹配及DEM制作方法

嫦娥二号卫星搭载了一台两线阵CCD立体相机,以线阵推扫成像方式获取了覆盖全月球的7 m分辨率影像。与嫦娥一号影像相比,影像分辨率大大提高,月表地貌细节更加丰富,制作高分辨率月表DEM更加复杂而困难,现有的基于嫦娥影像制作方法难以满足应用需求。针对嫦娥二号影像特点,在基于RPC模型生成近似核线影像基础上,进行金字塔影像匹配,实现了原始影像的逐像素匹配;计算匹配点的月面坐标后,采用基于反距离插值方法生成月表三维地形;对于图像阴影等地形漏洞,采用基于径向基函数进行插值填补。试验结果表明,该方法生成的月表三维地形DEM数据,能准确真实地表达高分辨率的月表地形地貌细节,并较好地应用于嫦娥二号全月球三维地形DEM数据产品的生产任务中。     

利用稀少控制点的线阵推扫式光学卫星在轨几何定标方法

针对线阵推扫式光学遥感卫星,提出了一种基于稀少控制点的在轨几何定标方法。本文方法利用沿CCD方向的两景重叠影像对及影像覆盖区域的稀少控制点数据即可实现内外系统误差参数的高精度解算,进而有效恢复视场内每个CCD探元的光线指向,摆脱了传统方法对昂贵的高精度地面定标场数据的依赖。本文首先在推扫式光学遥感卫星成像机理的基础上建立相应的严格几何成像模型,并对影响卫星影像几何精度的系统误差进行了分析,在此基础上采用一种基于指向角的内参数优化模型构建了适用于本方法的几何定标模型。然后,结合本方法的特点,采用一种分步解算的方法分别对外参数和内参数分别进行了标定。最后,通过一组ZY-3卫星下视相机的真实数据试验对本文方法的有效性及精度进行了对比验证。