[发明专利]一种基于单景高分辨率光学遥感图像估算飞机速度的方法

说明书

本发明公开了一种基于单景高分辨率光学遥感图像估算飞机速度的方法，由于该算法测量运动参数的原理不是利用不同传感器成像时间的间隔，因此广泛适用于采用推扫式线阵传感器采集图像的高分辨率光学遥感卫星，特别是仅仅采用一种波段传感器的遥感卫星，例如WorldView‑1等；另外，该算法将飞机的运动方向以方向向量的形式求得，并不要求飞机的实际飞行方向与卫星运动方向一致或相反。该算法并不要求知道飞机上特征点确切的空间位置，只需要知道特征点之间相对的位置即可，也就是说只要知道飞机上特征点之间成像的时间间隔和飞机的几何参数，就可以给出飞机的运动参数估计，需要的信息量少。

技术领域

本发明属于卫星遥感技术领域，具体涉及一种基于单景高分辨率光学遥感图像估算飞机速度的方法。

背景技术

运动目标的检测与测量在军事和民用领域有着很高的应用价值。随着星载光学传感器在遥感领域的广泛应用，分辨率水平不断的提高，目前，QuickBird，WorldView-1，WorldView-2等遥感卫星的地面分辨率已经达到了亚米级，也为从太空中观测测量地面感兴趣运动目标成为可能，一些机构和人员研究利用光学遥感数据检测地面或空中动目标的运动特性。

针对从光学卫星图像测量地面目标运动往往受到图像数量不足的限制，近些年来，兴起了从单幅高分辨率光学卫星图像中估计目标运动参数的新研究。目前商业用途的高分辨率遥感光学卫星全部采用线阵CCD实现推扫式成像，而且在传感器的焦平面上往往同时放置全色(Panchromatic，PAN)和多光谱(Multi-spectral，MS)波段的线阵传感器。全色波段传感器和多光谱波段的传感器是有一定距离的，这个距离造成了不同波段的传感器对同一地点成像时间的差异。另外，不同传感器的成像时间也存在一段间隔。

2004年，日本科学家Etaya等人发现了QuickBird卫星上的全色传感器和多光谱传感器在成像时存在时间间隔，使得在分别拍摄运动目标时存在位置上的差异，Etaya等利用这种差异进行了运动检测。

这一研究引起了人们的关注，随后Z.Xiong，Y.,Zhang，Yamazaki，Wen，Easson，Pesaresi，陶建伟等人分别在特征提取、地面实际距离测量模型等方面对此进行了深入的研究，完善了利用多传感器合成的单幅高分辨率光学图像中获取地面目标运动参数的方法。上述研究都是利用高分辨率光学卫星上不同传感器成像时间间隔导致运动目标成像差异的原理来估计运动参数的。也就是说，必须要是多传感器同时在一幅卫星图像上同时成像。但对于某些卫星来说，比如WorldView-1，其焦平面上仅有一种线阵传感器(全色波段线阵传感器)，这些方法将难以发挥作用。因此，有必要探索更加具有一般性的利用推扫式光学图像的运动参数测量方法。

传统的遥感成像理论假设整幅图像是在同一时刻拍摄的，因此把遥感图像中的地物看成是静止的或者是在短时间内光谱特征是保持不变的。这种假设对框幅式传感器在极短的时间内成像是成立的，而对我们目前普遍采用的高分辨率线阵推扫式传感器是不成立的。在卫星分辨率不高的情况下，地面运动目标和静止目标的成像差异并不容易区分开来；但在卫星相机传感器分辨率足够高时，推扫获取的飞机等高速目标的影响会发生因相对运动而产生的形状变化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于单景高分辨率光学遥感图像估算飞机速度的方法，可以简化计算过程。

本发明的一种飞机速度估算方法，采用卫星搭载配置有线阵传感器的相机对飞机进行推扫式光学成像，利用获得的影像估计飞机飞行速度，具体包括如下步骤：

步骤1、定义像空间坐标系o-xyz，坐标系原点o为相机摄影中心，坐标系的x轴和y轴分别垂直和平行于线阵传感器平面，坐标系的z轴沿着相机线阵传感器主光轴的方向；定义地面坐标系O-XYZ作为摄影测量坐标系，取飞机第一次被拍摄到时卫星的星下点作为摄影测量坐标系O-XYZ的坐标原点O，Z轴沿着从星下点到卫星的方向，X轴沿着卫星扫描的方向，Y轴根据右手螺旋定则确定；