夜间灯光卫星影像的配准方法及配准装置制造方法及图纸

本申请公开了一种夜间灯光卫星影像的配准方法及装置，其中，该方法包括：获取卫星在夜间拍摄的第一灯光影像和第二灯光影像；基于第一灯光影像信息建立第一矩阵，基于第二灯光影像信息建立第二矩阵；确定第二矩阵相对于第一矩阵的最大行偏移量和最大列偏移量；根据第二矩阵在行向上的每个行偏移量以及在列向上的每个列偏移量的组合建立第三矩阵；计算第二矩阵移动该组合后与第一矩阵之间的距离；筛选出距离的最小值并以其对应的行偏移量和列偏移量的组合作为第二灯光影像的目标偏移量；基于目标偏移量调整第二灯光影像中各第二像元的亮度信息。本申请提供的配准方法能够实现两幅夜间灯光卫星影像在空间上的精确匹配。

Registration method and device of night light satellite image

【技术实现步骤摘要】
夜间灯光卫星影像的配准方法及配准装置
本申请涉及图像处理
，具体涉及一种夜间灯光卫星影像的配准方法及配准装置。
技术介绍
在遥感应用研究中,夜间灯光遥感作为发展活跃的一个重要分支,近年来受到越来越多来自自然科学领域和社会经济领域的关注。与传统的光学遥感卫星获取地物辐射信息不同,夜间灯光遥感是获取夜间无云条件下地表发射的可见光-近红外电磁波信息。相比于普通的遥感卫星影像,夜间灯光遥感所使用的夜间灯光影像记录的地表灯光强度信息更直接反映人类活动差异,因而被广泛应用于城市扩张、人口分布、社会经济指标提取、生态环境评估等领域。国外的DMSP/OLS(DefenseMeteorologicalSatelliteProgram’sOperationalLinescanSystem，由美国军事气象卫星搭载的线性扫描业务系统拍摄的夜光遥感影像数据)和VIIRS/DNB(VisibleInfraredImagingRadiometerSuiteDay/NightBand，由可见光红外成像辐射仪在白天/夜晚波段提供的夜光遥感影像数据)是两种应用最广泛的夜间灯光卫星影像，影像分辨率分别为1km和740m。2018年6月2日，由我国武汉大学团队与相关机构共同研发制作的“珞珈一号”成功发射升空。“珞珈一号”是全球首颗专业夜光遥感卫星，影像分辨率达到130m。珞珈一号卫星影像无控定位精度优于700m，可满足大部分应用，但在检测两幅影像的灯光变化时，为了充分发挥其高分辨率的优势，需要进行精确的配准。目前影像配准的方法主要是通过控制点进行配准。具体方法为在两幅影像中选择相同位置的标志点，如道路交口、标志建筑等，在两幅影像中各选择一定数量的标志点之后，通过平移或几何变换将两幅影像匹配到一起。这种配准方法已经成熟应用于各类影像的配准，夜间灯光影像也主要采用这种方法进行配准。但对于珞珈一号夜间灯光影像来说，这种配准方法存在两点不足。首先，夜间灯光影像不同于可见光影像，其拍摄的地物灯光存在溢出现象，地物在影像上并无清晰的边界，很难找到精确的配准点；其次，不同时期拍摄的两幅影像中，相同地物的灯光亮度经常是变化的，这进一步增加了挑选配准点的难度。
技术实现思路
为了解决上述问题，本申请提供了一种夜间灯光卫星影像的配准方法，能够实现两幅夜间灯光卫星影像在空间上的精确匹配。本申请具体采用如下技术方案：一种夜间灯光卫星影像的配准方法，所述方法的执行主体为计算机设备，包括：获取卫星在夜间拍摄的第一灯光影像和第二灯光影像，所述第一灯光影像和所述第二灯光影像的对应拍摄时间相隔至少一个周期且所述第一灯光影像和所述第二灯光影像中均包含同一地标区域；根据所述第一灯光影像中各第一像元的位置信息和亮度信息建立第一矩阵，根据所述第二灯光影像中各第二像元的位置信息和亮度信息建立第二矩阵；根据所述第二灯光影像相对于所述第一灯光影像的最大可能偏移像元数确定所述第二矩阵相对于所述第一矩阵的最大行偏移量和最大列偏移量；根据所述第二矩阵在行向上不大于所述最大行偏移量的每个行偏移量以及在列向上不大于所述最大列偏移量的每个列偏移量的组合，建立第三矩阵；对于所述第三矩阵中的每组所述行偏移量和列偏移量的组合，计算所述第二矩阵移动该组合对应的行偏移量和列偏移量后与所述第一矩阵之间的距离；筛选出所述距离的最小值并以其对应的行偏移量和列偏移量的组合作为目标偏移量；将所述第二灯光影像中各第二像元的亮度信息替换为该第二像元在所述第二矩阵中对应的元素移动所述目标偏移量后对应的目标元素。可选地，所述第一灯光影像为基准影像，所述第二灯光影像为待配准影像。可选地，所述根据所述第一灯光影像中各第一像元的位置信息和亮度信息建立第一矩阵包括：获取所述第一灯光影像中每个第一像元的亮度信息及其在所述第一灯光影像中的位置信息；根据所述第一像元在所述第一灯光影像中的位置信息，建立所述第一矩阵，所述第一矩阵中的元素为所述第一像元的亮度信息；所述根据所述第二灯光影像中各第二像元的位置信息和亮度信息建立第二矩阵，并提取设定数量的第二像元包括：获取所述第二灯光影像中每个第二像元的亮度信息及其在所述第二灯光影像中的位置信息；根据所述第二像元在所述第二灯光影像中的位置信息，建立所述第二矩阵，所述第二矩阵中的元素为所述第二像元的亮度信息。可选地，所述方法还包括：按照所述亮度信息从大到小的顺序依次确定所述第一灯光影像中设定数量的第一像元作为第一有效像元，在所述第一矩阵中保留所述第一有效像元的亮度信息，并将除所述第一有效像元之外的其他第一像元的亮度信息调整为初始值；按照所述亮度信息从大到小的顺序依次确定所述第二灯光影像中设定数量的第二像元作为第二有效像元，在所述第二矩阵中保留所述第二有效像元的亮度信息，并将除所述第二有效像元之外的其他第二像元的亮度信息调整为初始值。可选地，所述根据所述第二灯光影像相对于所述第一灯光影像的最大可能偏移像元数确定所述第二矩阵相对于所述第一矩阵的最大行偏移量和最大列偏移量包括：测量所述第二灯光影像上任一目标位置相对于所述第一灯光影像上的同一目标位置的最大可能行偏移像元数和最大可能列偏移像元数；根据所述最大可能行偏移像元数和所述最大可能列偏移像元数确定所述第二矩阵的最大行偏移量和最大列偏移量，其中，所述最大行偏移量不小于所述最大可能行偏移像元数，所述最大列偏移量不小于所述最大可能列偏移像元数。可选地，所述根据所述第二矩阵在行向上不大于所述最大行偏移量的每个行偏移量以及在列向上不大于所述最大列偏移量的每个列偏移量的组合，建立第三矩阵包括：提取从第一行向最大行偏移量到第二行向最大行偏移量的每个行偏移量；提取从第一列向最大列偏移量到第二列向最大列偏移量的每个列偏移量；建立第三矩阵，所述第三矩阵中的元素为所述每个行偏移量和所述每个列偏移量的组合。可选地，根据如下关系式计算移动后的第二矩阵与所述第一矩阵之间的距离：其中，(m,n)为所述第三矩阵中行偏移量和列偏移量的组合，m为所述第二矩阵中每个元素的行偏移量，m∈[-M,M]，M为最大行偏移量；n为所述第二矩阵中每个元素的列偏移量，n∈[-N,N]，N为最大列偏移量；Cell1(i,j)为所述第一矩阵的第i行第j列的亮度信息；Cell2(i+m,j+n)为所述第二矩阵的第(i+m)行第(j+n)列的亮度信息；L为所述第一矩阵的行数；C为所述第一矩阵的列数。可选地，所述将所述第二灯光影像中各第二像元的亮度信息替换为该第二像元移动所述目标偏移量后对应的目标第二像元的目标亮度信息包括：根据如下公式调整所述第二矩阵的亮度信息：Cell2(i,j)＝Cell2(i-x,j-y)其中，Cell2(i,j)为调整后的第二矩阵的第i行第j列的亮度信息，Cell2(i-x,j-y)为调整前的第二矩阵的第(i-x)行第(j-y)列的亮度信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种夜间灯光卫星影像的配准方法，其特征在于，所述方法的执行主体为计算机设备，包括：/n获取卫星在夜间拍摄的第一灯光影像和第二灯光影像，所述第一灯光影像和所述第二灯光影像的对应拍摄时间相隔至少一个周期且所述第一灯光影像和所述第二灯光影像中均包含同一地标区域；/n根据所述第一灯光影像中各第一像元的位置信息和亮度信息建立第一矩阵，根据所述第二灯光影像中各第二像元的位置信息和亮度信息建立第二矩阵；/n根据所述第二灯光影像相对于所述第一灯光影像的最大可能偏移像元数确定所述第二矩阵相对于所述第一矩阵的最大行偏移量和最大列偏移量；/n根据所述第二矩阵在行向上不大于所述最大行偏移量的每个行偏移量以及在列向上不大于所述最大列偏移量的每个列偏移量的组合，建立第三矩阵；/n对于所述第三矩阵中的每组所述行偏移量和列偏移量的组合，计算所述第二矩阵移动该组合对应的行偏移量和列偏移量后与所述第一矩阵之间的距离；/n筛选出所述距离的最小值并以其对应的行偏移量和列偏移量的组合作为目标偏移量；/n将所述第二灯光影像中各第二像元的亮度信息替换为该第二像元在所述第二矩阵中对应的元素移动所述目标偏移量后对应的目标元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种夜间灯光卫星影像的配准方法，其特征在于，所述方法的执行主体为计算机设备，包括：
获取卫星在夜间拍摄的第一灯光影像和第二灯光影像，所述第一灯光影像和所述第二灯光影像的对应拍摄时间相隔至少一个周期且所述第一灯光影像和所述第二灯光影像中均包含同一地标区域；
根据所述第一灯光影像中各第一像元的位置信息和亮度信息建立第一矩阵，根据所述第二灯光影像中各第二像元的位置信息和亮度信息建立第二矩阵；
根据所述第二灯光影像相对于所述第一灯光影像的最大可能偏移像元数确定所述第二矩阵相对于所述第一矩阵的最大行偏移量和最大列偏移量；
根据所述第二矩阵在行向上不大于所述最大行偏移量的每个行偏移量以及在列向上不大于所述最大列偏移量的每个列偏移量的组合，建立第三矩阵；
对于所述第三矩阵中的每组所述行偏移量和列偏移量的组合，计算所述第二矩阵移动该组合对应的行偏移量和列偏移量后与所述第一矩阵之间的距离；
筛选出所述距离的最小值并以其对应的行偏移量和列偏移量的组合作为目标偏移量；
将所述第二灯光影像中各第二像元的亮度信息替换为该第二像元在所述第二矩阵中对应的元素移动所述目标偏移量后对应的目标元素。


2.根据权利要求1所述的夜间灯光卫星影像的配准方法，其特征在于，所述第一灯光影像为基准影像，所述第二灯光影像为待配准影像。


3.根据权利要求2所述的夜间灯光卫星影像的配准方法，其特征在于，所述根据所述第一灯光影像中各第一像元的位置信息和亮度信息建立第一矩阵包括：
获取所述第一灯光影像中每个第一像元的亮度信息及其在所述第一灯光影像中的位置信息；
根据所述第一像元在所述第一灯光影像中的位置信息，建立所述第一矩阵，所述第一矩阵中的元素为所述第一像元的亮度信息；
所述根据所述第二灯光影像中各第二像元的位置信息和亮度信息建立第二矩阵，并提取设定数量的第二像元包括：
获取所述第二灯光影像中每个第二像元的亮度信息及其在所述第二灯光影像中的位置信息；
根据所述第二像元在所述第二灯光影像中的位置信息，建立所述第二矩阵，所述第二矩阵中的元素为所述第二像元的亮度信息。


4.根据权利要求3所述的夜间灯光卫星影像的配准方法，其特征在于，所述方法还包括：
按照所述亮度信息从大到小的顺序依次确定所述第一灯光影像中设定数量的第一像元作为第一有效像元，在所述第一矩阵中保留所述第一有效像元的亮度信息，并将所述第一矩阵中除所述第一有效像元之外的第一像元的亮度信息调整为初始值；
按照所述亮度信息从大到小的顺序依次确定所述第二灯光影像中设定数量的第二像元作为第二有效像元，在所述第二矩阵中保留所述第二有效像元的亮度信息，并将所述第二矩阵中除所述第二有效像元之外的第二像元的亮度信息调整为初始值。


5.根据权利要求3或4所述的夜间灯光卫星影像的配准方法，其特征在于，所述根据所述第二灯光影像相对于所述第一灯光影像的最大可能偏移像元数确定所述第二矩阵相对于所述第一矩阵的最大行偏移量和最大列偏移量包括：
测量所述第二灯光影像上第二目标位置相对于所述第一灯光影像上的第一目标位置的最大可能行偏移像元数和最大可能列偏移像元数，所述第二目标位置和所述第一目标位置为两张灯光影像中同一地物所在的位置；
根据所述最大可能行偏移像元数和所述最大可能列偏移像元数确定所述第二矩阵的最大行偏移量和最大列偏移量，其中，所述最大行偏移量不小于所述最大可能行偏移像元数，所述最大列偏移量不小于所述最大可能列偏移像元数。


6.根据权利要求5所述的夜间灯光卫星影像的配准方法，其特征在于，所述根据所述第二矩阵在行向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘业森，黄耀欢，刘媛媛，李敏，藏文斌，李匡，韩刚，郜银梁，刘舒，郑敬伟，郝晓丽，赵永鹏，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11