用于处理地面图像的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于从被布置在飞行器或航天器中的相机拍摄地面的部分重叠图像的方法，该方法包括：在所述飞行器或所述航天器在移动时，在由时间间隔分开的不同时刻采集(110)图像；在所述移动期间检测(130)表示所述飞行器或所述航天器的位置的位置信息以及表示所述飞行器或所述航天器的定向的定向信息；使用所述位置信息、所述定向信息、以及所述相机的视角来确定(140；150)其间能够获得具有预定空间重叠量的图像的时间间隔的最大值；以及朝所述最大值调整(160)所述间隔以便在保持所述预定空间重叠量的同时使所述经采集图像的数目最小化。本发明专利技术还涉及一种控制器以及一种包括控制器的系统。

Systems and methods for processing ground images

The invention relates to a method for shooting overlap image from the ground is arranged in an aircraft or spacecraft in the camera, the method includes: in the aircraft or spacecraft in the mobile, at different time intervals separated by collecting images; (110) detected during the mobile (130) said the position information of the aircraft or the spacecraft's position and orientation of the said directional information of aircraft or the spacecraft; using the location information, the directional information, and from the perspective of the camera (140; 150) to determine the maximum time interval which can obtain images with overlap a predetermined space; and toward the maximum value (160) to adjust the interval in order to maintain the predetermined space overlap while making the minimization of the number image acquisition. The invention also relates to a controller and a system that includes a controller.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理地面图像的系统和方法本专利技术涉及图像捕捉领域，诸如多光谱或高光谱图像捕捉，特别是在使用被布置在飞行器中的相机进行地球观测的上下文中。背景在地球观测卫星和航空成像中，当前的传感器技术允许以高速度捕捉高分辨率图像，从而产生大量的数据。为了无间隙地覆盖大的区域，当空中平台以有意的标称向前速度向前移动时，以规则的时间间隔(被表达为帧率)拍摄一系列图像。然而，各平台也不可避免地呈现被称为平台姿态变化的某种不希望的移动。这以一般不可预测的方式影响指向角度，并且由此影响被成像区域。为了避免成像中的间隙，通常增加帧率，这进而增加了数据量。实际需要的数据量可能超过安装有飞行器的系统的下行链路和/或存储容量。该问题出现在所有的成像系统中，包括全色成像系统以及多光谱成像系统(无论是基于拼接的还是基于行的，如下所述)。系统的下行链路和/或存储容量的限制在多光谱成像的情形中(在该情形中数据总量与光谱带的数目相乘)变得特别紧迫，更不用说在高光谱成像的情形中。高光谱成像是光谱成像的一种形式，其中来自跨电磁频谱的信息被收集在许多窄光谱带中并被处理。从收集到的不同光谱图像中可以推导出被成像对象的信息。例如，由于某些对象在图像中留下甚至可能取决于对象的状态的独特光谱特征，因此通过多光谱成像获得的信息可以提供关于被成像区域中的对象的存在和/或状态的信息。在选择将被成像的光谱范围之后，由于可以采集该完整光谱范围中的光谱图像，因此不需要具有对象的详细先验知识，并且后处理可允许获得所有可用信息。在一些应用中，可以通过在感兴趣的一个光谱范围中收集区域的全二维图像并且随后在感兴趣的其他光谱范围中收集该区域的其他全二维图像来获得多光谱数据，由此光谱滤光器在两者之间切换。然而，这种数据收集方式并不总是行得通的，尤其是当感兴趣的区域和成像系统相对彼此经历大的相对移动时。以本申请人的名义的国际专利申请公开WO2011/073430A1公开了一种用于获得相对于感测设备相对移动的感兴趣区域的几何参照式多光谱图像数据的感测设备。该感测设备包括第一二维传感器元件。该感测设备被适配成用于在感兴趣区域相对于该感测设备的所述相对运动期间获得后续的多光谱图像，从而使用第一传感器的不同部分为感兴趣区域的不同部分提供光谱上有区别的信息。该感测设备还包括第二二维传感器元件，并且该感测设备被适配成用于使用该第二传感器元件来提供感兴趣区域的图像以生成要被耦合到有区别的光谱信息的几何参照信息。虽然这些布置非常紧凑，但它们需要非常高的图像捕捉帧率来确保在整个期望光谱范围上的足够空间分辨率。因此，存在对所描述系统的下行链路和/或存储容量的高效使用的需求。专利技术概述根据本专利技术的一方面，提供了一种用于从被布置在飞行器或航天器中的相机拍摄地面的一系列部分重叠图像的方法，所述相机具有视角，所述方法包括：当所述飞行器或所述航天器在移动时，利用所述相机在不同时刻采集多个图像，所述不同时刻由一系列时间间隔分开；在所述移动期间检测表示所述飞行器或所述航天器的位置的位置信息以及表示所述飞行器或所述航天器的定向的定向信息；使用所述位置信息、所述定向信息、以及所述相机的视角来确定其间能够获得具有预定空间重叠量的图像的所述时间间隔的最大值；以及朝所述最大值调整所述间隔，以便在保持所述预定空间重叠量的同时使所述经采集图像的数目最小化。如本文所使用的术语“飞行器”旨在指定比空气重的飞行器和飞船。具体而言，该术语包括载人和无人飞行器(UAV)，包括被适配成以平流层高度自主飞行的那些飞行器。如本文所使用的术语“航天器”旨在指定自推进和发射型航天器，包括轨道航天器，诸如卫星和空间站。要被成像的地面可以是地球表面，或者任何其它星体。本专利技术对于非常小的平台是最有利的，因为姿态变化对于那些平台而言更大并且准确的姿态确定更加困难。本专利技术的优点在于，从一帧到下一帧的相机姿态变化被计及以确定连贯帧(或目标帧)之间的实际重叠量，以使得能够跳过或丢弃表示(由于在飞行器的向前移动期间相机朝向已成像地域的向后俯仰引起的)比与其邻居的必要重叠更多重叠的帧。由此，减小了仍然要被保存或传送的图像数目，而没有牺牲所得到的合成图像的质量。在根据本专利技术的方法的一实施例中，所述位置信息至少包括高度和地理位置，并且所述定向信息至少包括俯仰角；以及所述使用所述位置信息和所述定向信息来确定所述时间间隔的所述最大值包括：使用所述高度、所述地理位置、以及所述俯仰角来确定所述时间间隔的所述最大值。在根据本专利技术的方法的一实施例中，所述俯仰角的变化是从所述多个图像中的连贯图像中推导出的，或者从借助于被布置在所述飞行器或所述航天器中的辅助相机针对该目的而采集的多个参考图像中的连贯图像中推导出的。虽然用于确定时间间隔的最大值的定向信息可以通过恰适的传感器来测量，但是它们可以替换地或另外地通过对连贯图像的分析来估计。在该情形中，完整的姿态估计不是必要的，因为期望的俯仰角速率信息可以容易地从其他姿态组件中独立地提取。用于定向估计的图像可以是由主相机提供的图像。然而，提供分开的相机以用于生成允许定向估计的图像也是可能的；例如如果主相机是行扫描型则将是这种情形。在根据本专利技术的方法的一实施例中，所述采集包括：以固定的捕捉频率来捕捉图像并临时地存储所述被捕捉图像；并且调整所述间隔包括：从所述被捕捉图像之中丢弃图像以便在保持所述预定空间重叠量的同时保留最小数目的所述图像。该实施例的优点在于，如根据本专利技术的实践，能够以非常高的帧率来操作相机，并且能够在图像采集之后并在最终存储或传输之前执行对期望帧的选择。帧率甚至可以被选择成比本专利技术的实践中的帧率更高，因为之后的选择确保将不必永久地存储或传送任何不必要的帧；即使在图像捕捉期间恶劣的姿态变化的情况下这也确保对总图像的无间隙重构。在特定的实施例中，所述方法进一步包括：从所述飞行器向地面站传送所述最小数目的图像。这是特别有利的布置，其中在飞行器上仅执行临时存储，以减小存储介质的必要量并且由此减小有效负载重量和体积。在根据本专利技术的方法的一实施例中，所述采集包括：以可变的捕捉频率来捕捉图像；并且调整所述间隔包括：改变所述捕捉频率。该实施例的优点在于，能够以可变的帧率来操作相机，并且实际上仅采集允许一起拼接高质量图像所需要的帧，由此进一步减小对(临时)存储经采集图像的需求。在根据本专利技术的方法的一实施例中，所述确定包括：将视在地速计算为所述地理位置的变化与所述高度和所述俯仰角的正切变化或者其数学近似的乘积的总和。专利技术人已发现，这是估计连贯图像帧之间的重叠量的特别高效的方式。根据本专利技术的一方面，提供了一种包括被配置成使处理器执行如上所述的方法的代码手段的计算机程序产品。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于促成从被布置在飞行器或航天器中的相机拍摄地面的一系列部分重叠图像的控制器，所述控制器被配置成：在移动期间获得所述飞行器的高度、地理位置、以及俯仰角；使用所述高度、所述地理位置、所述俯仰角、以及所述相机的视角来确定其间能够获得具有预定空间重叠量的图像的时间间隔的最大值；以及计算连贯图像之间的时间间隔，该时间间隔朝所述最大值被最大化，以便使保持预定空间重叠量所需要的图像数目最小化。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于拍摄地面的一系列部分重叠图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从被布置在飞行器或航天器中的相机拍摄地面的一系列部分重叠图像的方法，所述相机具有视角，所述方法包括：‑当所述飞行器或所述航天器在移动时，利用所述相机在不同时刻采集(110)多个图像，所述不同时刻由一系列时间间隔分开；‑在所述移动期间检测(130)表示所述飞行器或所述航天器的位置的位置信息以及表示所述飞行器或所述航天器的定向的定向信息；‑使用所述位置信息、所述定向信息、以及所述相机的视角来确定(140；150)其间能够获得具有预定空间重叠量的图像的所述时间间隔的最大值；以及‑朝所述最大值调整(160)所述间隔以便在保持所述预定空间重叠量的同时使所述经采集图像的数目最小化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.14 GB 1506329.0;2015.04.14 US 62/147,1931.一种用于从被布置在飞行器或航天器中的相机拍摄地面的一系列部分重叠图像的方法，所述相机具有视角，所述方法包括：-当所述飞行器或所述航天器在移动时，利用所述相机在不同时刻采集(110)多个图像，所述不同时刻由一系列时间间隔分开；-在所述移动期间检测(130)表示所述飞行器或所述航天器的位置的位置信息以及表示所述飞行器或所述航天器的定向的定向信息；-使用所述位置信息、所述定向信息、以及所述相机的视角来确定(140；150)其间能够获得具有预定空间重叠量的图像的所述时间间隔的最大值；以及-朝所述最大值调整(160)所述间隔以便在保持所述预定空间重叠量的同时使所述经采集图像的数目最小化。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置信息至少包括高度和地理位置，并且所述定向信息至少包括俯仰角；并且其中，所述使用所述位置信息和所述定向信息来确定所述时间间隔的所述最大值包括：使用所述高度、所述地理位置、以及所述俯仰角来确定所述时间间隔的所述最大值。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述俯仰角的变化是从所述多个图像中的连贯图像中推导出的，或者从借助于被布置在所述飞行器或所述航天器中的辅助相机针对该目的而采集的多个参考图像中的连续图像中推导出的。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述采集(110)包括：以固定的捕捉频率来捕捉图像并临时地存储(120)所述被捕捉图像；并且其中，所述调整所述间隔包括：从所述被捕捉图像之中丢弃图像以便在保持所述预定空间重叠量的同时保留(170)最小数目的所述图像。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：从所述飞行器向地面站传送所述最小数目的所述图像。6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述采集(110)包括：以可变的捕捉频率来捕捉图像；并且其中，所述调整所述间隔包括：改变(180)所述捕捉频率。7.如前述权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·利凡斯，B·德劳瑞，
申请(专利权)人：威拓股份有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE