一种基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法及系统，包括：数据准备，包括对原始的多光谱影像进行预处理，得到未配准多光谱影像；波段选择，包括选取用于检测的两个波段；密集匹配，包括选取样本点，然后利用影像相关匹配得到像素级匹配结果，最后利用最小二乘匹配得到子像素精度的同名像点坐标，得到匹配同名点；震颤分析，包括首先对匹配同名点逐点计算配准误差，然后进行逐行分析得到配准误差随成像行的变化，最后通过傅里叶变换对平台震颤时序数据进行频谱分析，获取震颤引起的频谱特征。本发明专利技术在无高精度高频率震颤测量设备实现了卫星平台震颤检测，可准确获取震颤频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星遥感地面预处理领域，特别是涉及到一种利用多光谱影像检测卫星平台震颤的技术方案。
技术介绍
卫星平台震颤，是指卫星在轨运行期间，星上运动部件周期性运动或因变轨冷热交变等因素引发的扰动，使星体产生一种幅值较小、频率较高的颤振响应。平台震颤具有微小性、固有性、难控性和敏感性等特点。随着遥感卫星空间分辨率的提高，卫星平台震颤对成像质量的影响越来越受到卫星总体设计、相机设计以及地面处理与应用部门的重视。日本NASDA利用试验卫星ETS-VI进行了卫星振动测量试验，卫星平台角振动在0.39Hz到250Hz范围内的径向均方根为16.3μrad(约3.36角秒)，其中83.6％的振动能量集中在0.39～10Hz之间，99％以上的能量在102Hz以下。哈尔滨工业大学通过理论分析和仿真实验研究了平台运动对星载TDI CCD成像质量的影响，研究结果表明平台振动会引起不同程度的图像模糊和几何变形，将直接影响卫星影像产品的质量。 对于遥感卫星平台震颤，一方面需要通过动力学方法采取隔振和抑振措施，避免和减小其对成像的影像，另外一方面需通过直接或者间接的方式进行平台震颤测量，对其引起的像质下降和几何变形进行补偿。然而平台震颤不可避免，难以控制，很难做到百分之百的抑振和隔振，因此对平台震颤的精确测量才能保证高分辨率遥感影像的高质量、高精度处理。卫星平台震颤直接测量是利用测量频率和测量精度均较高的角度传感器进行测量，获取平台角位移、角速度和角加速度等信息。常用的角度传感器有MHD角速度传感器和FDI角位移传感器，测量精度优于0.2角秒，测量频率高达上千赫兹，在国外在轨卫星中已有应用，但目前国内暂无在轨卫星搭载这类姿态测量载荷，因此还无法获取在轨卫星平台的震颤情况。平台震颤间接测量是利用非姿态测量装置对平台震颤进行检测与估计。基于遥感影像的卫星平台震颤检测是进行平台震颤分析的思路之一。法国国家空间研究中心(CNES)提出基于立体像对的卫星平台微振动探测方法，分别对翻滚、俯仰和偏航三个方向的平台震颤进行识别和移除，但仅做了仿真实验，并未对真实数据进行处理。日本东京大学也发表了利用多光谱影像进行卫星震颤检测和补偿的研究论文，但文中提出的方法和实验仅对垂直于推扫方向(即飞行方向)的配准误差进行了检测，且缺乏必要频谱分析。不论在平台震颤直接测量还是间接检测方面，国内还暂无通过遥感影像对卫星平台震颤进行检测分析方面的公开发表论文与专利。
技术实现思路
本专利技术针对卫星平台震颤难以测量的问题，提供了一种基于多光谱影像的卫星平台震颤检测技术方案。 本专利技术提供的技术方案提供一种基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法，包括以下步骤： 步骤1，数据准备，包括对原始的多光谱影像进行预处理，得到未配准多光谱影像； 步骤2，波段选择，包括选取用于检测的两个波段； 步骤3，密集匹配，包括选取样本点，然后利用影像相关匹配得到像素级匹配结果，最后利用最小二乘匹配得到子像素精度的同名像点坐标，得到匹配同名点； 步骤4，震颤分析，包括首先对匹配同名点逐点计算配准误差，然后进行逐行分析得到配准误差随成像行的变化，最后通过傅里叶变换对平台震颤时序数据进行频谱分析，获取震颤引起的频谱特征。 而且，步骤2中选取的两个波段为相邻的可见光波段。 而且，步骤3中选取样本点的方式为逐点或者以一定间隔选取。 而且，步骤3中利用影像相关匹配得到像素级匹配结果，包括利用初始CCD设计值，计算同名像点的初始位置；在同名像点初始位置的八邻域范围内搜索同名像点的位置，以相关系数作为影像匹配的匹配测度，在搜索匹配目标中选取相关系数最大的点作为同名点。 而且，步骤4中对匹配同名点计算配准误差，实现方式如下， 设步骤2选择的两个波段为M、N，设第u扫描行中匹配出V个点，第u扫描行中第k个同名像点的配准误差计算如下， Δx u , k = x M u , k - x N u , k - Δx ]]> Δy u , k = y M u , k - y N u , k - Δy ]]> 其中，Δxu,k，Δyu,k分别为沿CCD方向和沿推扫方向的配准误差，分别为第u行的第k个同名像点在M，N两个波段影像上的坐标，Δx,Δy为两个波段CCD之间在沿CCD和沿推扫方向的平移设计值。 而且，步骤4中进行逐行分析得到配准误差随成像行的变化，实现方式如下， 设第u扫描行最终匹配出V个点，统计沿CCD方向的配准误差平均值Δx(u)和沿推扫方向的配准误差平均值Δy(u)， Δx ( u ) = Σ k = 1 k = V Δx u , k / V ]]> Δy ( u ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法，包括以下步骤：步骤1，数据准备，包括对原始的多光谱影像进行预处理，得到未配准多光谱影像；步骤2，波段选择，包括选取用于检测的两个波段；步骤3，密集匹配，包括选取样本点，然后利用影像相关匹配得到像素级匹配结果，最后利用最小二乘匹配得到子像素精度的同名像点坐标，得到匹配同名点；步骤4，震颤分析，包括首先对匹配同名点逐点计算配准误差，然后进行逐行分析得到配准误差随成像行的变化，最后通过傅里叶变换对平台震颤时序数据进行频谱分析，获取震颤引起的频谱特征。

【技术特征摘要】
1.一种基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法，包括以下步骤：
步骤1，数据准备，包括对原始的多光谱影像进行预处理，得到未配准多光谱影像；
步骤2，波段选择，包括选取用于检测的两个波段；
步骤3，密集匹配，包括选取样本点，然后利用影像相关匹配得到像素级匹配结果，最后利
用最小二乘匹配得到子像素精度的同名像点坐标，得到匹配同名点；
步骤4，震颤分析，包括首先对匹配同名点逐点计算配准误差，然后进行逐行分析得到配准
误差随成像行的变化，最后通过傅里叶变换对平台震颤时序数据进行频谱分析，获取震颤引
起的频谱特征。
2.根据权利要求1所述基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法，其特征在于：步骤2中选
取的两个波段为相邻的可见光波段。
3.根据权利要求1或2所述基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法，其特征在于：步骤3
中选取样本点的方式为逐点或者以一定间隔选取。
4.根据权利要求1或2所述基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法，其特征在于：步骤3
中利用影像相关匹配得到像素级匹配结果，包括利用初始CCD设计值，计算同名像点的初始
位置；在同名像点初始位置的八邻域范围内搜索同名像点的位置，以相关系数作为影像匹配
的匹配测度，在搜索匹配目标中选取相关系数最大的点作为同名点。
5.根据权利要求1或2所述基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法，其特征在于：步骤4
中对匹配同名点计算配准误差，实现方式如下，
设步骤2选择的两个波段为M、N，设第u扫描行中匹配出V个点，第u扫描行中第k
个同名像点的配准误差计算如下，
Δx u , k = x M u , k - x N u , k - Δx ]]> Δy u , k = y M u , k - y N u , k - Δy ]]> 其中，Δxu,k，Δyu,k分别为沿CCD方向和沿推扫方向的配准误差，分
别为第u行的第k个同名像点在M，N两个波段影像上的坐标，Δx,Δy为两个波段CCD之间
在沿CCD和沿推扫方向的平移设计值。
6.根据权利要求5所述基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法，其特征在于：步骤4中进
行逐行分析得到配准误差随成像行的变化，实现方式如下，
设第u扫描行最终匹配出V个点，统计沿CCD方向的配准误差平均值Δx(u)和沿推扫方
向的配准误差平均值Δy(u)，
Δx ( u ) = Σ k = 1 k = V Δx u , k / V ]]> Δy ( u ) = Σ k = 1 k = V Δy u , k / V ]]> 逐行统计得到沿CCD方向和沿推扫方向的配准误差平均值Δx(u)、Δy(u)随成像行相应
成像时间的变化规律曲线。
7.根据权利要求6所述基于多光谱影像的卫星平台震颤检测方法，其特征在于：步骤4中通
过傅里叶变换对平台震颤时序数据进行频谱分析，实现方式如下，
设多光谱影像每一行的积分时间为Δt，那么对于U个成像行影像，成像总时间为
T＝Δt·U，对于第u成像行对应成像时刻为tu＝t0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王密，朱映，潘俊，李德仁，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42