一种基于单幅卫星图像提取油罐高度的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于单幅卫星图像提取油罐高度的方法包括：步骤S0、获取油罐卫星图像拍摄时的成像参数；步骤S1、获取油罐卫星图像，并经几何精校正得到几何精校正图像；步骤S2、根据油罐在几何精校正卫星图像上的阴影边界特征，识别和定位油罐同名弧边P’和P"；步骤S3、根据步骤S2中定位的同名弧边P’和P"，确定相对应的同名弧点T’和T"，计算得到同名弧距T’T"；步骤S4、将步骤S0中获取的油罐卫星图像成像参数及步骤S3得到的同名弧距代入油罐测高模型，得到油罐高度。可基于单幅卫星图像进行油罐高度的精确提取，有效避免了人工方式确定同名弧点带来的计算误差，大幅提高了油罐高度的提取速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单幅卫星图像提取油罐高度的方法
本专利技术涉及遥感图像处理及信息提取
，尤其涉及一种基于单幅卫星图像提取油罐高度的方法。
技术介绍
油罐是石油储备基地的核心设施，属于国家重点建设战略目标，其高度信息是油库识别、库容估算及定量化分析的重要内容和标志，在国家经济建设和国防安全能力等方面具有重要意义。但常规基于卫星图像的油罐高度提取方法中，一是激光测距法、立体像对等均存在对设备仪器及数据源要求较高，且紧急任务情况下时效性较弱、计算复杂的缺点；二是阴影长度法又依据油罐阴影边界的弧边特性，存在阴影长度难以精确量测进而致使油罐高度无法精确计算的问题。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种基于单幅卫星图像提取油罐高度的方法，用以解决常规基于卫星图像进行油罐高度提取技术中的一些不足。为实现上述的专利技术目的，在基于本专利技术方法的一个实施例中，包括以下步骤：步骤S0、获取油罐卫星图像拍摄时的成像参数；步骤S1、获取油罐卫星图像，并经几何精校正得到几何精校正图像；步骤S2、根据油罐在几何精校正卫星图像上的阴影边界特征，识别和定位油罐同名弧边P’和P"，其中同名弧边是指遥感图像上油罐顶部边缘的像P’和该边缘阴影的像P"；步骤S3、根据步骤S2中定位的同名弧边P’和P”，确定相对应的同名弧点T’和T”，计算得到同名弧距T’T"；其中过两个同名弧边的圆心且斜率为太阳方位的直线与两个同名弧边的交点为同名弧点，两个同名弧点之间的距离为同名弧距；步骤S4、将步骤S0中获取的油罐卫星图像成像参数及步骤S3得到的同名弧距代入油罐测高模型，得到油罐高度。在本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S0中成像参数包括：太阳高度角α、卫星高度角β、太阳方位角γ和卫星方位角θ。在本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S1中卫星图像几何精校正的步骤包括：1)地面控制点采集：在获取的油罐卫星图像上，采集六个以上、具有清晰明显定位标志并尽可能均匀分布的控制点；2)几何校正模型选择：采集完地面控制点之后，选择多项式几何校正模型，用于建立图像坐标与参考坐标的关系；3)图像重采样：采用重采样方法，对油罐卫星图像进行重新插值计算，生成几何精校正卫星图像。在本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S2中同名弧边的识别与定位采取人机交互模式或专家判读模式；采用人机交互模式，具体为首先基于计算机自动检测阴影边界，然后根据油罐阴影边界结合人工进行同名弧边的优选定位；采用专家模式，基于专家判读知识，直接进行同名弧边的判读定位。在本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S3具体包括步骤：步骤S31、在步骤S2中定位的同名弧边上选取关键元素；步骤S32、根据步骤S31中选取的关键元素确定相对应的同名弧点T’和T"；步骤S33、计算得到同名弧距。在本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S31具体包括：基于几何精校正图像，分别在上述定位的油罐同名弧边P’和P"上任选三点，作为输入关键元素，其中：同名弧边P’上的任三点坐标：P’1(x’1，y’1)、P’2(x’2，y’2)、P’3(x’3，y’3)；同名弧边P"上的任三点坐标：P”1(x"1，y"1)、P”2(x"2，y"2)、P”3(x"3，y"3)。在本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S32具体包括：计算圆弧和过圆弧圆心且斜率为太阳方位的直线的交点坐标模型为：其中：圆心坐标M(A,B)、半径为R的圆的方程为(x-A)2+(y-B)2＝R2；过圆心M且斜率为K的直线方程为y＝Kx+B-KA；K＝ctgγ分别将P’和P"的圆心坐标、半径以及直线斜率ctgγ代入上述交点坐标模型，可得到同名弧点T’(x′，y′)和T”(x"，y")的坐标。在本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S33中同名弧距为同名弧点T’(x′，y′)和T”(x"，y")之间的距离，其表达式为：在本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S4具体包括：步骤S41、构建油罐测高模型；步骤S42、将步骤S0中获取的油罐卫星图像成像参数及步骤S33提取的同名弧距，利用步骤S41中构建的油罐测高模型，得到油罐高度H。在本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S41的油罐测高模型为本专利技术的特点及有益效果是：可基于单幅卫星图像进行油罐高度的精确提取，无需立体像对或其它特殊设备，放宽了对数据源及仪器的要求，有效避免了人工方式确定同名弧点带来的计算误差，大幅提高了油罐高度的提取速度，具有较强的时效性，可广泛应用于油库识别、储油量评估、应急响应等领域。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为油罐高度提取流程图；图2为卫星图像上同名弧边、同名弧点和同名弧距示意图；图3为同名弧距示意图图4为有关油罐侧高模型构建原理示意图具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。根据本专利技术的一个具体实施例，公开了一种基于单幅卫星图像提取油罐高度的方法，包括以下步骤：步骤S0、获取油罐卫星图像拍摄时的成像参数；光学卫星图像在成像时一般都是在光照条件相对较好的情况下进行拍摄，每幅图像都对应有其成像时刻的太阳、卫星位置信息，即瞬时成像参数。但传统基于阴影长度法进行地物高度提取模型中，仅利用了太阳高度角单一成像参数，忽略了太阳方位、卫星高度和卫星方位等成像参数，使得测高模型的严谨性有所欠缺，且误差较大，尤其随着亚米级高分辨率卫星图像的普遍使用，这些成像参数对于精度的影响亦非常凸显，有必要加以全面考虑。卫星图像成像参数，一般记录于该幅图像产品相应的头文件或元数据信息或辅助数据中，可直接获取。在本专利技术的一个实施例中，采用从元数据文件中直接读取的方式获得。从卫星图像相对应的元数据或头文件或辅助数据中，读取卫星图像拍摄时的成像参数，成像参数包括：太阳高度角α、卫星高度角β、太阳方位角γ和卫星方位角θ；步骤S1、获取油罐卫星图像，并经几何精校正得到几何精校正图像；卫星图像在成像过程中，由于传感器本身、地球曲率、地形起伏、地球自转、轨道姿态及投影方式等各种因素的图像，使得卫星图像一般存在各种几何畸变，致使图像上的地物几何形状及位置失真，表现为位移、旋转、缩放、仿射、弯曲和更高阶的歪曲等。为消除这些畸变，提高精度，需要对卫星图像几何畸变进行纠正，生成具有一定地图投影的新图像。卫星图像几何精校正的步骤包括：1)地面控制点采集：在获取的油罐卫星图像上，采集多个、具有清晰明显定位标志并尽可能均匀分布的控制点，控制点个数优选25个。2)几何校正模型选择：采集完地面控制点之后，选择多项式几何校正模型，用于建立图像坐标与参考坐标的关系。3)图像重采样：采用双线性内插等重采样方法，对油罐卫星图像进行重新插值计算，生成定位精度高、具有地理信息且可量算的几何精校正卫星图像。步骤S2、根据油罐在几何精校正卫星图像上的阴影边界特征，识别和定位油罐同名弧边P’和P"；本专利技术中主要借助同名特征的思想进行油罐高度的提取，这里的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单幅卫星图像提取油罐高度的方法，其特征在于，包括步骤S0、获取油罐卫星图像拍摄时的成像参数；步骤S1、获取油罐卫星图像，并经几何精校正得到几何精校正图像；步骤S2、根据油罐在几何精校正卫星图像上的阴影边界特征，识别和定位油罐同名弧边P’和P"，其中同名弧边是指遥感图像上油罐顶部边缘的像P’和该边缘阴影的像P"；步骤S3、根据步骤S2中定位的同名弧边P’和P"，确定相对应的同名弧点T’和T"，计算得到同名弧距T’T"；其中分别过两个同名弧边的圆心且斜率为太阳方位的直线与两个同名弧边的交点为同名弧点，两个同名弧点之间的距离为同名弧距；步骤S4、将步骤S0中获取的油罐卫星图像成像参数及步骤S3得到的同名弧距代入油罐测高模型，得到油罐高度。

【技术特征摘要】
1.一种基于单幅卫星图像提取油罐高度的方法，其特征在于，包括步骤S0、获取油罐卫星图像拍摄时的成像参数；步骤S1、获取油罐卫星图像，并经几何精校正得到几何精校正图像；步骤S2、根据油罐在几何精校正卫星图像上的阴影边界特征，识别和定位油罐同名弧边P’和P"，其中同名弧边是指遥感图像上油罐顶部边缘的像P’和该边缘阴影的像P"；步骤S3、根据步骤S2中定位的同名弧边P’和P"，确定相对应的同名弧点T’和T"，计算得到同名弧距T’T"；其中分别过两个同名弧边的圆心且斜率为太阳方位的直线与两个同名弧边的交点为同名弧点，两个同名弧点之间的距离为同名弧距；步骤S4、将步骤S0中获取的油罐卫星图像成像参数及步骤S3得到的同名弧距代入油罐测高模型，得到油罐高度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S0中成像参数包括：太阳高度角α、卫星高度角β、太阳方位角γ和卫星方位角θ。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中卫星图像几何精校正的步骤包括：1)地面控制点采集：在获取的油罐卫星图像上，采集六个以上、具有清晰明显定位标志并尽可能均匀分布的控制点；2)几何校正模型选择：采集完地面控制点之后，选择多项式几何校正模型，用于建立图像坐标与参考坐标的关系；3)图像重采样：采用重采样方法，对油罐卫星图像进行重新插值计算，生成几何精校正卫星图像。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中同名弧边的识别与定位采取人机交互模式或专家判读模式；采用人机交互模式，具体为首先基于计算机自动检测阴影边界，然后根据油罐阴影边界结合人工进行同名弧边的优选定位；采用专家模式，基于专家判读知识，直接进行同名弧边的判读定位。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括步骤：步骤S31、在步骤S2中定位的同名弧边上选取关键元素；步骤S32、根据步骤S31中选取的关键元素确定相对应的同名弧点T’和T"；步骤S33、计算得到同名弧距。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S31具体包括：基于几何精校正图像，分别在上述定位的油罐同名弧边P’和P"上任选三点，作...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙恩，孟钢，
申请(专利权)人：北京市遥感信息研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11