[发明专利]一种视频卫星成像在轨实时稳像方法及系统

说明书

本发明提供了一种视频卫星成像在轨实时稳像方法及系统，包括设定第一帧为参考帧影像，序列帧为待匹配影像；基于临近区域ORB特征匹配的运动估计，对参考帧进行分块匹配处理，包括依据序列影像间的连贯性，建立参考帧与序列帧之间的粗几何关系，依据粗几何关系建立同名匹配瓦片，采用基于临近区域搜索的ORB匹配方式进行匹配；计算序列帧与参考帧之间的运动补偿参数，对序列帧影像进行运动补偿，投影到参考帧的坐标系中；根据参考帧和运动补偿后的序列帧生成卫星视频流。本发明能够将卫星视频影像进行稳像，消除卫星视频影像间的抖动，生成流畅的卫星视频影像，该技术方案降低了内存需求，提高了运行效率，可靠性好，能够满足在轨稳像需求。

技术领域

本发明属于航天遥感影像处理领域，涉及到一种低内存、高效率、高可靠性的特征匹配运动估计和基于GPU运动补偿的视频卫星成像在轨实时稳像方法及系统。

背景技术

视频卫星是一种新型对地观测卫星，与传统的对地观测卫星相比，其最大的特点是可以对某一区域进行“凝视”观测，以“视频录像”的方式获得比传统卫星更多的动态信息，特别适于观测动态目标，分析其瞬时特性。由于卫星传感器平台的运动，导致的序列视频影像之间存在抖动，影响运动目标监测、识别等应用，需要对其进行稳像，消除视频卫星影像间的随机抖动，保证视频的流畅性。

在轨影像快速处理，能够减少爆炸式增长的遥感数据给数据下传链路与地面处理系统的巨大压力，节省从卫星数据生成到地面有效信息获取时间，减少信息获取时效性。由于在轨处理平台存在体积、功耗限制，在轨处理的计算能力有限，同时视频卫星影像宽幅较大，对计算内存的需求较大，影像间存在一定的视角差异、辐射差异，对快速稳像中运动估计造成困难。需要找到一种计算资源需求量小、速度较快、效率较高，同时具有较高可靠性的稳像方法。

发明内容

本发明解决了在轨视频卫星稳像处理中对可靠性和速度的需求，满足了在轨视频快速、可靠的稳像处理需求。

本发明技术方案提供一种视频卫星成像在轨实时稳像方法，包括以下步骤：

步骤1，数据准备，包括设定第一帧为参考帧影像，序列帧为待匹配影像；

步骤2，基于临近区域ORB特征匹配的运动估计，对参考帧进行分块匹配处理，得到序列帧与参考帧之间的同名匹配点，包括依据序列影像间的连贯性，建立参考帧与序列帧之间的粗几何关系，依据影像间的粗几何关系建立同名匹配瓦片，采用基于临近区域搜索的ORB匹配方式进行匹配；

步骤3，运动补偿，包括根据步骤2匹配所得同名点计算序列帧与参考帧之间的运动补偿参数，对序列帧影像进行运动补偿，投影到参考帧的坐标系中；

步骤4，视频影像生成，包括根据参考帧和运动补偿后的序列帧生成卫星视频流。

而且，步骤2采用以下子步骤实现，

步骤2.1，将参考帧影像进行分块，并建立影像间的粗几何关系；

步骤2.2，对参考帧影像中每个影像块，分别进行以下处理，

步骤2.2.1，块内进行瓦片细分，执行以下处理，

步骤2.2.1.1，依次取该影像块内一个瓦片，依据影像间的粗几何关系，在待匹配影像上建立同名匹配瓦片，对瓦片内部采用基于临近区域ORB特征匹配的方式进行匹配，包括对于参考帧影像上瓦片中的各特征点，分别在待匹配影像上同名匹配瓦片内以同样坐标为中心点半径为R的区域内搜索匹配点，匹配完成后进行误匹配点剔除；

步骤2.2.1.2，判断正确的匹配点数是否大于四个点，

若是则该瓦片得到匹配点，则该块成功匹配，进入步骤2.2.2,；