基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法、系统、存储介质及设备技术方案

基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法、系统、存储介质及设备，本发明专利技术涉及卫星视频本征分解方法、系统、存储介质及设备。本发明专利技术的目的是为了解决卫星视频中光线变化以及运动目标能量分散问题。方法包括如下过程：步骤1：构建卫星视频本征分解模型；步骤2：针对卫星视频背景信息，构建反射率时域约束项；步骤3：针对卫星视频运动目标信息，构建运动目标能量约束项；步骤4：基于卫星视频反射率先验，构建反射率局部约束项；步骤5：基于反射率时域约束项、运动目标能量约束项和反射率局部约束项，优化求解卫星视频反射率分量。本发明专利技术属于遥感图像处理领域。遥感图像处理领域。遥感图像处理领域。

【技术实现步骤摘要】
基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法、系统、存储介质及设备


[0001]本专利技术属于遥感图像处理领域，涉及卫星视频的本征分解，具体的说是基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法、系统、存储介质及设备。

技术介绍

[0002]近几年，随着视频卫星的成功发射，使得动态观测地球表面成为可能，引起越来越多的关注，并使目标跟踪应用成为可能。视频卫星可以为区域动态变化监测提供丰富的数据，如敌情侦察、广域监测、灾害监测和交通流估计。然而，视频卫星采用凝视成像模式，在成像过程中，通过修改其姿态角，实现对特定区域的凝视成像。这一物理过程将会导致卫星视频中存在明显的光线变化，这种现象将会对卫星视频目标跟踪应用产生负面影响。
[0003]目前现有的卫星视频领域的本征分解方法主要针对视频连续特性，保证反射率分量时域稳定，没有考虑卫星视频中运动目标应用的问题，反射率分量中目标能量分散，对后续的应用帮助有限。因此，针对运动目标的卫星视频本征分解算法仍是一个有待解决的课题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决卫星视频中光线变化以及运动目标能量分散的问题，而提出基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法、系统、存储介质及设备。
[0005]基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法包括如下过程：
[0006]步骤1：构建卫星视频本征分解模型；
[0007]步骤2：针对卫星视频背景信息，构建反射率时域约束项；
[0008]步骤3：针对卫星视频运动目标信息，构建运动目标能量约束项；
[0009]步骤4：基于卫星视频反射率先验，构建反射率局部约束项；
[0010]步骤5：基于反射率时域约束项、运动目标能量约束项和反射率局部约束项，优化求解卫星视频反射率分量。
[0011]基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解系统用于执行基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法。
[0012]一种存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并运行以实现基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解系统。
[0013]基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并运行以实现基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解系统。
[0014]本专利技术的有益效果为：
[0015]为了解决卫星视频中光线变化的问题，本专利技术利用运动目标和背景信息，对卫星视频进行本征视频分解，目的是得到卫星视频反射率分量，去除光照变化的同时保证运动
目标能量集中，实现目标增强，提高卫星视频目标跟踪应用性能。
[0016]本专利技术提出一种基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法，利用卫星视频背景与运动目标特性，有效解决卫星视频中光照变化，保持反射率分量时域连续，实现运动目标增强，提高卫星视频目标跟踪应用性能。
[0017]本专利技术一种基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法，联合利用了卫星视频中背景与运动目标信息，构建了反射率时域约束和运动目标能量约束，完成从卫星视频中分解出没有运动目标能量损失的反射率分量。其实现过程为：(1)输入卫星视频数据，针对背景信息，构建反射率时域约束项；(2)针对运动目标信息，构建运动目标能量约束项；(3)基于反射率先验，构建反射率局部约束项；(4)优化求解卫星视频反射率分量。本专利技术能够提取卫星视频反射率分量，去除光照变化影响，且不损耗目标能量，方法简单，易于实现。
[0018]本专利技术针对由于卫星视频凝视成像过程，导致视频中存在复杂的光照变化问题，联合利用卫星视频中背景信息与运动目标信息，构建了卫星视频本征分解模型，减少卫星视频光照变化影响，保持反射率分量帧间连续性以及集中目标能量，提高目标分辨能力，有助于后续卫星视频目标跟踪等应用的精度提升。
[0019]为了验证本专利技术所提算法的性能，针对吉林一号视频拍摄的视频数据进行实验，实验结果验证了本专利技术提出的基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法的有效性。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的实现流程图；
[0021]图2是吉林一号原始卫星视频数据图；
[0022]图3是吉林一号原始卫星视频的反射率分量图；
[0023]图4是吉林一号原始卫星视频数据局部目标图；
[0024]图5是吉林一号原始卫星视频数据局部目标的反射率分量图。
具体实施方式
[0025]具体实施方式一：本实施方式一种基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法包括如下过程：
[0026]步骤1：构建卫星视频本征分解模型；
[0027]步骤2：针对卫星视频背景信息，构建反射率时域约束项；
[0028]步骤3：针对卫星视频运动目标信息，构建运动目标能量约束项；
[0029]步骤4：基于卫星视频反射率先验，构建反射率局部约束项；
[0030]步骤5：基于反射率时域约束项、运动目标能量约束项和反射率局部约束项，优化求解卫星视频反射率分量。
[0031]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤1中构建卫星视频本征分解模型；具体过程为：
[0032]一般来说，图像本征分解将图像分解为两个本征分量，分别是明暗分量和只与材料自身相关的反射率分量：
[0033]I＝ρ
×
L
[0034]其中，I，ρ，L分别表示原始图像、反射率分量和明暗分量，
×
表示逐像素对应相乘；
[0035]而卫星视频具有静态背景、少量动态目标和复杂的光照变化的特点。结合卫星视频特点，提出卫星视频本征分解模型：
[0036]I＝ρ(b)
×
L(b)+ρ(m)
×
L(m)
[0037]将卫星视频本征分解模型分为两个部分：背景像素和运动目标像素的分解；
[0038]其中b、m分别表示背景像素和运动目标像素；ρ(b)表示卫星视频背景像素反射率分量；L(b)表示卫星视频背景像素明暗分量；ρ(m)表示卫星视频运动目标像素反射率分量；L(m)表示卫星视频运动目标像素明暗分量；I表示卫星视频原始图像；
×
表示逐像素对应相乘。
[0039]其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0040]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述步骤2中针对卫星视频背景信息，构建反射率时域约束项；具体过程为：
[0041]首先考虑背景信息，卫星视频具有背景不变的特性并且背景像素占比非常大。因此，基于假设卫星视频中相邻两帧的背景像素具有相同的反射率，对背景像素反射率差异最小化来保持卫星视频反射率分量时域一致性，可以得到如下的关系式：
[0042][0043]其中，E
t
(ρ
t
∣ρ
t
‑1)表示反射率时域约束项，ρ
t
(b)、ρ
t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法，其特征在于：所述方法包括如下过程：步骤1：构建卫星视频本征分解模型；步骤2：针对卫星视频背景信息，构建反射率时域约束项；步骤3：针对卫星视频运动目标信息，构建运动目标能量约束项；步骤4：基于卫星视频反射率先验，构建反射率局部约束项；步骤5：基于反射率时域约束项、运动目标能量约束项和反射率局部约束项，优化求解卫星视频反射率分量。2.根据权利要求1所述的基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法，其特征在于：所述步骤1中构建卫星视频本征分解模型；具体过程为：卫星视频本征分解模型：I＝ρ(b)
×
L(b)+ρ(m)
×
L(m)将卫星视频本征分解模型分为两个部分：背景像素和运动目标像素的分解；其中b、m分别表示背景像素和运动目标像素；ρ(b)表示卫星视频背景像素反射率分量；L(b)表示卫星视频背景像素明暗分量；ρ(m)表示卫星视频运动目标像素反射率分量；L(m)表示卫星视频运动目标像素明暗分量；I表示卫星视频原始图像；
×
表示逐像素对应相乘。3.根据权利要求2所述的基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法，其特征在于：所述步骤2中针对卫星视频背景信息，构建反射率时域约束项；具体过程为：其中，E
t
(ρ
t
∣ρ
t
‑1)表示反射率时域约束项，ρ
t
(b)、ρ
t
‑1(b)分别表示卫星视频背景像素b在t时刻和t
‑
1时刻的反射率分量，B表示卫星视频背景像素的集合。利用对数域下本征分解模型I＝ρ+L，将ρ
t
(b)＝I
t
(b)
‑
L
t
(b)代入反射率时域约束项中，得到：其中，I
t
(b)表示t时刻卫星视频背景像素，L
t
(b)表示t时刻卫星视频背景像素明暗分量，E
t
(L
t
∣I
t
,ρ
t
‑1)表示在已知I
t
和ρ
t
‑1的条件下，求解未知项L
t
，ρ表示反射率分量，L表示明暗分量。4.根据权利要求3所述的基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法，其特征在于：所述步骤3中针对卫星视频运动目标信息，构建运动目标能量约束项；具体过程为：于：所述步骤3中针对卫星视频运动目标信息，构建运动目标能量约束项；具体过程为：其中，E
m
(L
t
)表示运动目标能量约束项，L
t
(m)表示卫星视频运动目标像素m在t时刻的明暗分量，L
t
(n)表示卫星视频运动目标像素m周围背景像素n在t时刻的明暗分量，m表示卫星视频运动目标像素，M表示卫星视频运动目标像素集合，n表示卫星视频运动目标像素m周
围背景像素，B
m
表示卫星视频运动目标像素m周围背景像素集合，D(m,n)表示像素m、n之间的相关性度量，d(m,n)表示像素m、n之间的距离。5.根据权利要求4所述的基于运动目标能量约束的卫星视频本征分解方法，其特征在于：所述步骤4中基于卫星视频反射率先验，构建反射率局部约束项；具体过程为：其中，E
l
(ρ
t
,L
t
)表示反射率局部约束项，L
t
(p)表示卫星视频中像素p在t时刻的明暗分量，L
t
(q)表示卫星视频中像素q在t时刻的明暗分量，ρ
t
(p)表示卫星视频中像素p在t时刻的反射率分量，ρ
t
(q)表示卫星视频中像素q在t时刻的反射率分量，α
(p,q)
表示权值，p、q指相邻像素对，N表示所有相邻像素对的集合；反射率分量和明暗分量由α
(p,q)
来平衡，α
(p,q)
通过计算色度差异来决定：其中，表示像素p的色度，表示像素q的色度，t
′
表示色度阈值；利用对数域下本征分解模型I＝ρ+L，将ρ
t
＝I
t
‑
L<...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷延锋，潘家磊，高国明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：