多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法、程序产品制造方法及图纸

本发明专利技术属于一种全景正射影像生成方法，为解决目前的、天、地一体化遥感监测手段中，地面多光谱相机对于单幅多光谱遥感影像很难对观测目标精确定位，使得空、天、地一体化遥感监测能力受到制约的技术问题，提供一种多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法、计算机程序产品，将多光谱地面观测装置采集的多幅不同角度的原始观测影像，经过投影变换生成俯视视角下的全景正射影像，解决了单幅多光谱原始影像观测范围小且观测角度不统一的问题，生成的全景正射影像可以直观的展现观测区域与观测范围，为感兴趣观测目标空间精准定位提供基础，为空、天、地一体化遥感观测提供支撑。地一体化遥感观测提供支撑。地一体化遥感观测提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法、程序产品


[0001]本专利技术属于一种全景正射影像生成方法，具体涉及一种多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法、计算机程序产品。

技术介绍

[0002]多光谱遥感技术，是指将地物辐射电磁波分割成若干个较窄的光谱段，以摄影或扫描的方式，在同一时间获得同一目标不同波段信息的遥感技术。多光谱遥感不仅可以根据影像的形态和结构的差异判别地物，还可以根据光谱特性的差异判别地物，扩大了遥感的信息量。因此，广泛应用于农业监测、地质探测、环境监测和海洋研究等领域。
[0003]融合航天卫星遥感、航空无人机遥感、地面观测遥感为代表的空、天、地一体化遥感监测手段，可以为多光谱遥感应用提供全方位、多尺度、多要素的数据信息保障。空、天、地三类遥感观测模式各具特点，在各领域可形成优势互补。航天卫星遥感通过卫星搭载的多光谱成像载荷实现光谱遥感观测，其优势在于观测范围广(幅宽能达到上百公里)、观测区域不受限制(可实现国内外任意区域监测)，但其劣势在于空间分辨率低(仅有数十米)、观测周期慢(卫星重访周期达一到两周)、辐射校正难度大(受大气因素影响大)、易受天气因素影响(如厚云天气无法观测)、航天遥感整体成本较高。航空无人机遥感一般采用可负载的无人机平台(如大疆M600)搭载卫星多光谱相机组成，目前，多为可见
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近红外范围，其优势在于相比地面观测范围较大、观测灵活度较高、受天气因素影响小，但其劣势在于受平台搭载能力限制，微型多光谱相机性能受限，观测时长受无人机飞行时长限制，且飞行时需要专业飞手操作，导致人力成本高。
[0004]地面遥感监测通常采用地物光谱仪获取农作物光谱信息，同时，采用接触式传感器或化学方法获取理化信息，其优势在于：(1)由于辐射传输链路短，干扰低，能够实现定量化且精度最高；(2)可实时采集数据；(3)可获取同时相的农作物理化参数信息；(4)相比无人机遥感，自动化程度更高；(5)相对成本低。但其仍有一些劣势，如相比无人机遥感灵活度较低，且单个设备测量范围有限。
[0005]为了弥补地面多光谱相机遥感观测视场范围小的缺点，可以为多光谱相机配置全景转台，使其具备360度全景观测能力。但是，对于单幅多光谱遥感影像，很难直观的看出其观测空间范围，进而对观测目标精确定位，使得空、天、地一体化遥感监测能力受到制约。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决目前的、天、地一体化遥感监测手段中，地面多光谱相机对于单幅多光谱遥感影像很难对观测目标精确定位，使得空、天、地一体化遥感监测能力受到制约的技术问题，提供一种多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法、计算机程序产品。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0008]一种多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0009]S1，分别对多光谱相机各幅多光谱影像的各通道图像数据进行几何配准及合并，得到配准合并后的多光谱影像；
[0010]S2，对所述配准合并后的多光谱影像的边界区域进行裁剪，得到裁剪后的多光谱影像；
[0011]S3，在所述裁剪后的多光谱影像上划定最远观测边界线，得到各幅多光谱影像的观测区域；
[0012]S4，结合最远观测边界线，确定多光谱相机焦点、观测区域内多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的坐标；
[0013]S5，分别获取多光谱相机焦点到观测区域内多光谱相机传感器四个角点的世界坐标系矢量；
[0014]S6，分别获取各幅多光谱影像观测区域内多光谱相机传感器四个角点的地面坐标；
[0015]S7，根据步骤S6获取的地面坐标，分别生成各幅多光谱影像的地面投影变换矩阵；
[0016]S8，生成用于多光谱地面观测装置不同视角下多光谱影像投影镶嵌的地面底图；
[0017]S9，根据步骤S7得到的各幅多光谱影像的地面投影变换矩阵，将多光谱地面观测装置不同视角的多光谱影像向地面底图上投影镶嵌，生成全景正射影像。
[0018]进一步地，步骤S1具体为：
[0019]S1.1，分别计算各幅多光谱影像各通道图像数据的特征点；
[0020]S1.2，选取任一通道图像数据作为基准图像，其他通道图像数据作为待匹配图像；
[0021]S1.3，根据步骤S1.1得到的各通道图像数据的特征点，分别使各待匹配图像与基准图像进行特征点匹配；
[0022]S1.4，采用最小二乘法分别计算各待匹配图像到基准图像的投影变换矩阵；
[0023]S1.5，根据各待匹配图像到基准图像的投影变换矩阵，分别对各待匹配图像进行投影变换，并将所有通道图像数据合并。
[0024]进一步地，步骤S2具体为，对所述配准合并后的多光谱影像向基准图像中心裁剪固定宽度。
[0025]进一步地，步骤S4具体为，通过下式得到多光谱相机焦点、多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的坐标：
[0026]Foc1＝Rz
·
Rx
·
Foc+T；
[0027]C11＝Rz
·
Rx
·
C1+T；
[0028]C21＝Rz
·
Rx
·
C2+T；
[0029]C31＝Rz
·
Rx
·
C3+T；
[0030]C41＝Rz
·
Rx
·
C4+T；
[0031]其中，Foc1表示多光谱相机焦点在世界坐标系中的坐标，C11、C21、C31、C41分别表示多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的坐标，Rz表示方位旋转矩阵，Rx表示俯仰旋转矩阵，T表示高度矢量；
[0032]Foc表示多光谱相机焦点在世界坐标系中的初始坐标：
[0033]Foc＝[0，
‑
f，0]′
[0034]其中，f表示多光谱相机传感器焦距；
[0035]C1、C2、C3、C4分别表示多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的初始坐标：
[0036][0037][0038][0039][0040]其中，coms_w表示多光谱相机传感器的宽度，coms_h表示多光谱相机传感器的高度，img_h表示裁剪后的多光谱影像的高度，top_h表示最远观测边界线距离多光谱影像水平方向的行数。
[0041]进一步地，步骤S5具体为，通过下式获取多光谱相机焦点到多光谱相机传感器四个角点的矢量：
[0042]V1＝C11
‑
Foc1
[0043]V2＝C21
‑
Foc1
[0044]V3＝C31
‑
Foc1
[0045]V4＝C41
‑
Foc1
[0046]其中，V1表示多光谱相机焦点到C11的世界坐标系矢量，V2表示多光谱相机焦点到C21的世界坐标系矢量，V31本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，分别对多光谱相机各幅多光谱影像的各通道图像数据进行几何配准及合并，得到配准合并后的多光谱影像；S2，对所述配准合并后的多光谱影像的边界区域进行裁剪，得到裁剪后的多光谱影像；S3，在所述裁剪后的多光谱影像上划定最远观测边界线，得到各幅多光谱影像的观测区域；S4，结合最远观测边界线，确定多光谱相机焦点、观测区域内多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的坐标；S5，分别获取多光谱相机焦点到观测区域内多光谱相机传感器四个角点的世界坐标系矢量；S6，分别获取各幅多光谱影像观测区域内多光谱相机传感器四个角点的地面坐标；S7，根据步骤S6获取的地面坐标，分别生成各幅多光谱影像的地面投影变换矩阵；S8，生成用于多光谱地面观测装置不同视角下多光谱影像投影镶嵌的地面底图；S9，根据步骤S7得到的各幅多光谱影像的地面投影变换矩阵，将多光谱地面观测装置不同视角的多光谱影像向地面底图上投影镶嵌，生成全景正射影像。2.根据权利要求1所述多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法，其特征在于，步骤S1具体为：S1.1，分别计算各幅多光谱影像各通道图像数据的特征点；S1.2，选取任一通道图像数据作为基准图像，其他通道图像数据作为待匹配图像；S1.3，根据步骤S1.1得到的各通道图像数据的特征点，分别使各待匹配图像与基准图像进行特征点匹配；S1.4，采用最小二乘法分别计算各待匹配图像到基准图像的投影变换矩阵；S1.5，根据各待匹配图像到基准图像的投影变换矩阵，分别对各待匹配图像进行投影变换，并将所有通道图像数据合并。3.根据权利要求2所述多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法，其特征在于：步骤S2具体为，对所述配准合并后的多光谱影像向基准图像中心裁剪固定宽度。4.根据权利要求1至3任一所述多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法，其特征在于，步骤S4具体为，通过下式得到多光谱相机焦点、多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的坐标：Foc1＝Rz
·
Rx
·
Foc+T；C11＝Rz
·
Rx
·
C1+T；C21＝Rz
·
Rx
·
C2+T；C31＝Rz
·
Rx
·
C3+T；C41＝Rz
·
Rx
·
C4+T；其中，Foc1表示多光谱相机焦点在世界坐标系中的坐标，C11、C21、C31、C41分别表示多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的坐标，Rz表示方位旋转矩阵，Rx表示俯仰旋转矩阵，T表示高度矢量；Foc表示多光谱相机焦点在世界坐标系中的初始坐标：Foc＝[0，
‑
f，0]
′
其中，f表示多光谱相机传感器焦距；C1、C2、C3、C4分别表示多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的初始坐标：C1、C2、C3、C4分别表示多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的初始坐标：C1、C2、C3、C4分别表示多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的初始坐标：C1、C2、C3、C4分别表示多光谱相机传感器四个角点在世界坐标系中的初始坐标：其中，coms_w表示多光谱相机传感器的宽度，coms_h表示多光谱相机传感器的高度，img_h表示裁剪后的多光谱影像的高度，top_h表示最远观测边界线距离多光谱影像水平方向的行数。5.根据权利要求4所述多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法，其特征在于，步骤S5具体为，通过下式获取多光谱相机焦点到多光谱相机传感器四个角点的矢量：V1＝C11
‑
Foc1V2＝C21
‑
Foc1V3＝C31
‑
Foc1V4＝C41
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Foc1其中，V1表示多光谱相机焦点到C11的世界坐标系矢量，V2表示多光谱相机焦点到C21的世界坐标系矢量，V31表示多光谱相机焦点到C31的世界坐标系矢量，V4表示多光谱相机焦点到C41的世界坐标系矢量。6.根据权利要求5所述多光谱地面观测装置全景正射影像生成方法，其特征在于，步骤S6具体为，通过下式得到各幅多光谱影像观测区域四个角点的地面坐标：G1(1)＝Foc1(1)
‑
Foc1(3)
×
(C11(1)
‑
Foc1(1))/(C11(3)
‑
Foc1(3))G1(2)＝Foc1(2)
‑
Foc1(3)
×
(C11(2)
‑
Foc1(2))/(C11(3)
‑
Foc1(3))G2(1)＝Foc1(1)
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一豪，李海巍，陈铁桥，宋丽瑶，刘松，陈军宇，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：