顾及像面畸变的卫星视频稳像

卫星视频每帧影像外方位元素数值存在差别,相邻帧影像间的同名点在像面位置不同,且由于每帧影像均存在几何畸变,经典的帧间的投影变换模型、仿射变换模型等视频稳像的配准模型不能精确描述帧间的同名点关系。针对该问题,本文提出顾及像面畸变的卫星视频稳像算法,基于仿真的卫星视频,验证了该算法的可行性和精度。     

舰船目标运动状态光学卫星视频监测与估计

光学卫星视频能够进行动目标连续监视，已成为当前研究热点。但目前多数研究仅针对基于视频像方的目标检测、跟踪及轨迹提取等方面，没有充分利用卫星载荷成像几何模型进行物方运动状态定量估计和精度验证。因此，本文提出一种基于光学卫星视频的舰船目标运动状态定量估计方法，首先对卫星视频首帧进行精确定向；然后通过帧间稳像方法得到背景稳定的视频帧序列，在此基础上，针对正框目标跟踪方法定位精度低的问题，提出一种顾及旋转和尺度变化的舰船稳健跟踪方法进行目标跟踪；最后进行物方映射并估计目标运动轨迹、速度和方向。利用吉林一号光学视频卫星开展星海同步观测试验。实测结果表明，稀疏控制条件下的舰船目标几何定位精度为1.60 m,速度估计精度为0.18 m/s,方向估计精度为4.05°,相比同类方法具有显著提升，证明了本文方法的有效性和可行性。     

运动分割和光流估计的卫星视频超分辨率重建

针对卫星视频中存在局部运动目标的问题,该文提出了一种运动分割和光流估计联合约束的卫星视频超分辨率重建算法。首先通过视频帧间运动分割方法提取局部运动目标,获得其边缘信息;其次用光流方法对视频图像进行逐像素的运动估计,获得初始运动矢量场;利用分割边缘和运动矢量场进行联合约束,并统一运动目标内的光流矢量,获得纠正后的运动矢量场,并作为几何运动矩阵,将其补偿到超分辨率重建模型中生成高分辨率图像;最后用卫星视频数据进行实验,并与传统方法结果进行对比,证明该文算法可以有效地克服运动目标的伪影效应,提升了卫星视频的分辨率。     

基于数字视频数据的地理信息的提取与空间分析研究

视频数据的地理信息提取最大问题在于动态视频图像精度的精准捕捉以及实时存储处理,针对该问题,提出一种以运动向量为基底的影像式背景模型建立架构,提供外型准确完整的移动物体图像捕捉数据,同时结合动态视频捕捉的图像,采用霍夫变换、直线拟合与线段分割等步骤提取目标物的边界线段,从而获得目标物的地理信息,通过验证视频图像地理信息提取结果,可以发现本文视频动态图像地理信息数据提取技术具有较高的准确性和可靠性。     

视频卫星数据的运动车辆提取

针对新兴的视频卫星数据在道路监控中应用研究较少的问题,该文提出了一种基于特征的视频卫星数据运动车辆提取优化算法。以SkySat-1卫星获取的Las Vegas地区的视频数据为实验数据,采用传统帧差法与阈值法进行运动车辆提取,验证了该方法对视频卫星数据处理的有效性,同时在此基础上根据空间特征信息界定出道路以内的感兴趣区域,进一步根据车辆的几何特征信息对感兴趣区域的疑似车辆目标进行筛选。实验结果表明:所提算法在提取精度和完整度上明显优于基于像素的帧差法与阈值法的提取结果。     

一种无人机视频影像快速配准方法

针对应急测绘中对无人机视频数据快速获取及处理的需求，提出了一种无人机视频影像快速配准方法。首先采用时间索引和线性/球面插值方法实现视频帧与无人机定位定姿信息的时间同步，根据数字微分纠正算法实现视频帧的地理编码，实现视频帧间的粗略配准，然后控制仿射变换模型中的缩放因子不变对纠正后视频帧的坐标进行调整，完成视频帧间的精配准。试验结果表明该方法能够得到航带内视频帧较好的配准效果。     

视频数据的地理信息提取研究

针对视频数据虽然能高效、逼真、详细地展现地理信息,但是因不具备地理框架而不能直接与GIS结合,参与空间分析的问题,该文通过多次真实环境条件下的尝试性实验,探索出一种从视频中提取地理信息的方案:采用运动目标检测技术自动识别出视频帧中实体的轮廓;通过半自动的处理清除提取数据的干扰轮廓;借助数据变换技术为视频帧及其提取的数据赋予准确的地理框架。基于真实环境的实验结果表明:该方案不仅可以有效地提取视频中的地理信息参与空间分析,还能够实现其空间分析结果的多视角可视化。本研究针对视频与GIS结合问题做出初步探索,为视频GIS的深层次研究提供帮助。     

利用低空视频检测道路车辆

针对背景像素的移动,提出了SURF特征稳像和光流法向量相结合的新方法来解决低空视频的道路车辆检测。首先,检测两帧图像的SURF特征;再用最近邻匹配得到两幅图像的匹配点对;随后结合RANSAC和最小二乘法计算全局运动参数向量,获得稳定的帧;最后,根据稳定的帧计算光流法向量,并检测出运动车辆。实验结果表明,基于SURF算子的图像稳像算法在不损失稳像精度的前提下,能够提高图像稳像算法的速度,所提方法能够有效地检测出运动车辆。     

国产光学卫星正射影像产品及自动生成算法

正射校正是卫星遥感影像后续处理、分析与应用的必要基础，而目前光学卫星数据自主定位精度尚不能达到1—2像元，正射影像产品的生产仍需依赖地面控制点对成像几何模型进行修正。针对国产光学卫星数据的现状、特点和应用需求，中国遥感卫星地面站自主研发了国产光学卫星正射影像产品和自动正射系统，本文从精细化影像自动配准、成像几何模型优化、影像正射校正、几何不确定度评估、太阳照射和卫星观测角度计算、基于地理格网的影像剖分等方面对相关产品及其自动生成算法进行介绍。其中，基于L1范数约束最小二乘的RPC模型全参数优化方法，可在影像幅宽较大或几何定标精度不足时获得比常规附加像方仿射变换参数的RPC模型更高的校正精度；提出顾及控制点精度的区域网平差方法，在利用从空间分辨率较低的参考影像获取的控制点修正成像几何模型时，可在满足参考影像几何约束的前提下，通过多次观测减小成像几何模型的随机误差、提高影像的几何定位精度；基于不确定度传播理论，建立了正射影像产品逐像元几何不确定度评估方法。试验结果表明，本文算法可用于规模化的正射影像产品生产，分布于全国不同区域的实测检查点表明所生产的16 m分辨率国产高分正射影像产品绝对几...     

结合运动平滑约束与灰度特征的卫星视频点目标跟踪

针对卫星视频条件下的点目标跟踪问题,提出了一种运动平滑约束的贝叶斯分类目标跟踪方法(BMoST)。本方法引入朴素贝叶斯分类器的思想,不依赖目标的任何先验概率,在运动平滑性约束下,利用灰度相似性特征来表达描述目标的似然度,并根据独立假设的贝叶斯定理,建立简化的分类器条件概率修正模型,通过该模型估计目标的后验概率,从而实现目标跟踪。同时,采用卡尔曼滤波辅助、优化跟踪处理,提高算法的稳健性。试验数据采用SkySat和吉林一号拍摄的视频各两段,对6个点目标进行跟踪试验。结果表明,本文提出的方法针对卫星视频的点目标跟踪效果良好,精度达到90%左右,且跟踪轨迹平滑,满足卫星视频后续高级处理和应用需要。     

顾及轨迹地理方向的监控视频浓缩方法

针对视频浓缩研究未引入运动目标轨迹地理方向进行分析,所实现的可视化效果不能区分表达不同轨迹方向的运动目标的问题,提出了顾及轨迹地理方向的监控视频浓缩方法。该方法使用单应模型将运动目标轨迹由图像空间映射至地理空间,利用属性阈值聚类（quality threshold clustering,QT）算法对轨迹出入口进行聚类,实现轨迹地理方向分析。在对轨迹进行映射聚类处理的基础上,通过选取虚拟场景视点实现视频浓缩背景构建,生成轨迹类拟合中心线作为运动目标显示轨迹,并通过构建轨迹类表达模型实现运动目标显示排序,最终实现视频浓缩构建。实验结果表明,该方法能依据轨迹地理方向对运动目标进行区分表达,并能灵活调整不同轨迹类的表达策略。     

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。     

多源光学卫星影像匹配及精准几何信息提取

针对国产光学卫星影像的特点,该文介绍一种适用于超大规模立体/单景覆盖的多源高分辨率卫星影像的全自动连接点、参考控制点匹配及精准几何信息(DSM/DEM)提取方法。该方法引入精度已知/精度可验证的参考地理数据作为几何约束,采用由粗到精的多层金字塔逐级影像匹配策略进行影像连接点和参考控制点的自动提取,并实现超大规模影像整体联合区域网平差处理,精化定向参数;结合半全局匹配算法(SGM)与基于物方几何约束的多影像相关匹配算法(GC3)完成多角度多视影像匹配及密集点云的自动提取,并利用已有DEM对密集匹配的DSM中的云遮挡区域和大面积水域进行修补,完成精准几何信息提取并自动生成高精度DSM/DEM/DOM影像产品。最后,利用多组典型实验区的国产高分辨率光学卫星影像数据验证了本文方法的适用性、可靠性和精度,结果满足卫星影像几何定位精度及DSM/DEM/DOM生产要求。     

遥感视频卫星运动车辆目标快速检测

随着遥感卫星成像技术的快速发展，遥感视频卫星的出现为运动车辆目标信息获取提供了新手段。然而在遥感卫星视频中，运动车辆目标仅为几个或十几个像素并与背景的对比性较低，难以获取车辆的局部细节特征，使得传统监控视频的运动车辆检测方法直接应用到卫星视频图像会存在很多的问题。在分析遥感卫星视频运动车辆目标检测与传统监控视频运动车辆目标检测差异的基础上，本文提出了一种感兴趣区域自动约束的遥感卫星视频运动车辆快速检测方法：首先是快速自动获取运动车辆目标的感兴趣区域；其次在感兴趣区域约束下，基于改进的高斯背景差分方法实现感兴趣区域内运动车辆快速检测。应用Skybox-1卫星视频数据进行了运动车辆目标检测实验并进行了定性与定量分析。实验结果表明，本文方法可以有效自动减少动态背景变化导致的伪运动目标，具有较高的检测率、较高的检测质量、极低的虚警率以及较高的运行效率，可自动高效实现卫星视频图像中运动车辆目标的高精度检测。     

无人机视频数据定位处理系统的设计与实现

以无人机获取的视频数据为基础,利用VC++6.0编程软件,设计开发一套无人机视频数据定位处理系统.该系统的主要功能包括:利用无人机平台定位数据、姿念测量数据和视频图像数据,结合待测区域的数字高程模型(DEM)或数字表面模型(DSM),对实时传输或回放视频中地晰运动物体进行目标定位,并将视频图像实时纠正为正射影像.     

视频GIS数据采集与处理

视频是一类天然的地理信息和场景地图,视频GIS是以处理、分析、表达和管理视频/地理视频数据为特征的GIS,能体现视频具有的定位、测量、3D建模、虚实融合等特征。从相机模型出发,分别从移动拍摄视频序列和固定拍摄视频序列角度,构建了视频图像空间和地理空间的互映射模型,解决了视频场景空间化问题。针对视频分析、建模和可视化的需求,论述了视频数据的处理技术,包括摄像机运动建模、前后景分离、视频增强和视频复原等技术,给出了相应的算法原理和实验结果。     

利用系统几何纠正提高ALOS PRISM影像有理函数模型精度的研究

有理函数模型（RFM）作为一种通用的传感器几何模型在星载推扫式光学卫星影像的处理中得到了广泛的应用。但是,ALOS卫星平台高频颤振引起RFM在替代PRISM传感器校正产品的严密成像几何模型时精度低,使得传感器校正产品的RFM精度无法满足测绘应用中提取DEM的需求。针对该问题,提出采用系统几何纠正产品替代传感器校正产品进行测绘生产的方法。首先通过对系统几何纠正产品特性的分析,建立系统几何纠正产品的三维几何模型,并从理论上论证该产品的三维几何模型可以被RFM高精度替代,可以支持测绘中DEM提取的应用。利用ALOS PRSIM传感器的前后视构建的立体像对,进行空间前方交会,验证了理论和方法的有效性。由于系统几何纠正产品与卫星平台无关的特性,该方法可以在其他星载推扫式光学卫星应用中推广。     

监控视频与2D地理空间数据互映射

在分析计算机视觉、摄影测量学相机模型的基础上,提出了多平面约束的监控视频与2D地理空间数据的几何互映射模型和面向互增强的内容互映射模型,并就其应用进行了介绍。针对几何互映射中存在的地面起伏对映射的影响以及监控视频空间分辨率等问题进行了分析。该模型适合于地面区域为多个平面的情况。研究表明,监控视频与2D地理空间数据可以实现一定精度下的互映射,能够满足视频监控系统与GIS的深度集成。     

决策树弱分类支持的卫星视频运动检测

针对卫星视频的运动检测存在的局部伪运动虚警问题，提出一种决策树支持的局部有差别更新背景减除法。首先，对ViBe背景模型加以改进，在原模型基础上新增更新因子参数，建立初始的背景模型；其次，利用改进的模型进行运动检测，并对检测结果进行连通域标记，得到分割目标集；然后，根据目标特征属性建立决策树模型，并对分割目标集进行弱分类处理；最后，根据分类结果对背景模型样本和对应的更新因子进行局部有差别更新，进而实现“伪运动”虚警消除。利用SkySat和吉林一号视频数据进行实验，结果表明所提方法的效果和性能良好，检测率优于0.909，针对经典ViBe方法的误检测消除率优于90%。     

天宫一号高光谱成像仪严密成像几何模型研究

为了获得高信噪比影像数据,天宫一号高光谱成像仪采用了运动补偿技术增加探测器积分时间的成像模式.针对此种成像方式,本文分析了成像仪的成像特点与发射镜的运动规律,建立了反射镜角度与观测矢量的几何关系,形成了基于天宫一号高光谱成像仪的严密成像几何模型.该模型符合反射镜运动补偿条件下像点与对应地物点的几何关系,通过理论精度分析和实际应用验证了纠正模型的正确性,并能获得与理论相符的实际几何定位精度.