基于先驗信息的海陸分割方法技術

本發明專利技術提出一種基于先驗信息的海陸分割方法。首先構建星上幾何成像模型，依次建立影像坐標系、衛星本體坐標系、衛星軌道坐標系、J2000坐標系和WGS84坐標系。通過坐標系間的轉換，將影像坐標與地面坐標歸一到同一參考系下，得到遙感圖像像點對應的經緯度信息。然后構建GIS數據庫存儲全球海陸信息二值圖，基于此先驗信息通過經緯度查詢得到像點的海陸標志從而剔除陸地區域。本發明專利技術在保證高準確率分割性能的同時進一步降低了算法復雜度，可應用于星上實現。于星上實現。于星上實現。

【技術實現步驟摘要】
基于先驗信息的海陸分割方法


[0001]本專利技術涉及遙感圖像目標檢測識別等智能處理領域，特別涉及一種基于先驗信息的海陸分割方法。

技術介紹

[0002]隨著衛星遙感載荷分辨率的提高和信息化作戰的需求，開展光學遙感圖像在軌艦船目標處理在軍艦探測、精確制導等軍用領域以及海面搜救、漁船監管等民用領域具有極其重要的戰略意義。艦船目標只存在于海洋區域中，快速準確的從圖像中去除陸地區域，篩選出海洋區域是進行艦船檢測的先決條件。
[0003]海洋遙感圖像艦船檢測識別時，圖像中可能存在陸地區域，由于陸地地貌環境的復雜性和地面物體的多樣性，使得艦船檢測難度大且虛警率高。

技術實現思路

[0004]為了克服現有技術中的不足，本專利技術提供一種基于先驗信息的海陸分割方法。
[0005]為了達到上述專利技術目的，解決其技術問題所采用的技術方案如下：
[0006]一種基于先驗信息的海陸分割方法，包括以下步驟：
[0007]步驟1：獲取衛星平臺相關參數和成像時刻姿軌信息；
[0008]步驟2：構建幾何成像模型，得到圖像的經緯度信息；
[0009]步驟3：根據圖像的經緯度信息查詢海陸數據庫得到海陸信息；
[0010]進一步的，所述步驟1具體包括以下內容：
[0011]步驟11：獲取像元尺寸、焦距、軌道高度等衛星平臺相關參數；
[0012]步驟12：計算每幀圖像成像時間。對于推掃式遙感影像，某些衛星并不是每幀影響的成像時間都有更新，需要進行差值求解任一掃拍攝上的像元所對應的攝影時刻t為：
[0013]t＝t
c
+lsp
×
(y
?
y
c
)
??
(1)
[0014]式中，t
c
為某拍攝行的成像時間，y
c
為拍攝行的行坐標，lsp為每幀拍攝時間；
[0015]步驟13：獲取成像時刻的GNSS位置數據，根據GNSS數據更新頻率與相機載荷曝光頻率之間的關系進行插值，從而得到衛星任意時刻的位置信息。利用成像前后衛星的n個位置信息及對應時間，通過插值法插出衛星在任一時刻t的位置P
t
。
[0016]步驟14：獲取衛星平臺姿態信息，根據星敏更新姿態數據(四元數或者歐拉角)的頻率和相機載荷曝光頻率之間的關系進行插值，從而得到衛星任意時刻的姿態信息。利用成像前后的n個時間的姿態數據值，通過插值法得到任一時刻t的姿態A
t
。
[0017]步驟15：利用相機成像時刻，統一搜索匹配GNSS和姿態數據得到成像時間的姿軌信息。
[0018]進一步的，所述步驟2具體包括以下內容：
[0019]步驟21：構建幾何成像定位模型。載荷圖像像點、投影中心和地面點滿足共線方程，可以得到像點和對應地面點之間的幾何關系，幾何成像模型表達式如下：
[0020][0021]式中為所測物點在WGS84坐標系下的位置，為GNSS天線相位中心在WGS84坐標系下的位置，為相機的安裝矩陣，可由衛星發射前得實驗室實驗測試得到，為衛星本體到衛星軌道的變轉矩陣、為衛星軌道到J2000坐標系的轉換矩陣，為J2000坐標系到WGS84坐標系的轉換矩陣，λ為縮放因子，為像點的指向向量。
[0022]步驟22：基于幾何成像模型，依次建立影像坐標系、衛星本體坐標系、衛星軌道坐標系、J2000坐標系、WGS84坐標系和地理坐標系。如圖2所示，通過坐標系間的轉換，將影像坐標與地面坐標歸一到同一參考系下。
[0023]將輸入的影像行列號帶入上式中計算該影像坐標在相機本體坐標系下的指向向量，歸一化之后轉換成指向向量U1，如下式所示：
[0024][0025]步驟23：將相機坐標系下的指向向量U1變換到像點在衛星本體坐標系下的向量U2：
[0026][0027]步驟24：將衛星本體坐標系下的向量U2轉換到J2000坐標系下，得到J2000坐標系下的向量U3：
[0028][0029]步驟25：將J2000坐標系下的向量U3轉換到WGS84坐標系下，得到WGS84坐標系下的向量U4：
[0030][0031]步驟26：求解像點視線與地球橢球面的交點。如圖3所示，假設[X Y Z]為像點對應地面點坐標，[X
s Y
s Z
s
]為地面點成像時刻衛星的攝站位置坐標，λ為比例因子，令：
[0032][0033][0034]根據成像光線與地球橢球的關系，地球上任一點都滿足地球橢球方程關系，h為物
點地區的平均高程。則有：
[0035][0036]代入即可得到地面點解算方程，則有：
[0037][0038]解算出比例因子，之后帶入原式，即可解算出地面點坐標。
[0039]步驟27：通過WGS84坐標系到地理坐標系之間的轉換公式得到圖像對應經緯度信息。
[0040]步驟3：根據圖像經緯度信息查詢海陸數據庫得到海陸標識信息；
[0041]進一步的，所述步驟3具體包括以下內容：
[0042]步驟31：構建海陸數據庫。在海陸數據庫中存儲全球海陸信息二值圖，“0”(黑色)代表陸地，“1”(白色)代表海洋。根據任務需求選擇相應分辨率的GIS數據，并劃分GIS圖的經度范圍和緯度范圍。
[0043]步驟32：根據圖像經緯度信息查詢海陸數據庫得到海陸信息。將經緯度坐標(α，β)換算成海陸索引表中的像素坐標(S，T)，再根據像素坐標(S，T)讀取海陸標識值，即可獲得當前坐標對應的海陸信息。
[0044]本專利技術與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：
[0045]本專利技術基于海陸分割特點和星上硬件架構設計，提出了一種基于先驗信息的海陸分割方法，構建星上幾何成像模型得到圖像經緯度信息，利用經緯度信息查詢海陸數據庫，得到圖像的海陸標識。本專利技術可以實現精準海陸分割，減少冗余數據，降低后續目標檢測識別等圖像處理難度。
附圖說明
[0046]為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。附圖中：
[0047]圖1是本專利技術一實施例的基于先驗信息的海陸分割方法的流程示意圖；
[0048]圖2是本專利技術一實施例的基于先驗信息的海陸分割方法中幾何成像模型坐標系變換示意圖；
[0049]圖3是本專利技術一實施例的基于先驗信息的海陸分割方法中成像光線與地球橢球幾何關系模型示意圖；
[0050]圖4是本專利技術一實施例的基于先驗信息的海陸分割方法中經緯度坐標與海陸索引表轉換示意圖；
[0051]圖5是本專利技術一實施例的基于先驗信息的海陸分割方法中海陸分割結果示意圖。
具體實施方式
[0052]以下將結合本專利技術的附圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于先驗信息的海陸分割方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：獲取衛星平臺相關參數和成像時刻姿軌信息；步驟2：基于衛星平臺相關參數和成像時刻姿軌信息，構建幾何成像模型，得到圖像的經緯度信息；步驟3：根據圖像的經緯度信息查詢海陸數據庫得到海陸信息。2.根據權利要求1所述的基于先驗信息的海陸分割方法，其特征在于，所述步驟1包括：步驟11：獲取像元尺寸、焦距和軌道高度的衛星平臺相關參數；步驟12：計算每幀圖像成像時間；步驟13：獲取成像時刻的GNSS位置數據，根據GNSS數據更新頻率與相機載荷曝光頻率之間的關系進行插值，從而得到衛星任意時刻的位置信息；步驟14：獲取衛星平臺姿態信息，根據星敏更新姿態數據的頻率和相機載荷曝光頻率之間的關系進行插值，從而得到衛星任意時刻的姿態信息；步驟15：利用相機成像時刻，統一搜索匹配GNSS和姿態數據得到成像時刻的姿軌信息。3.根據權利要求2所述的基于先驗信息的海陸分割方法，其特征在于，所述星敏更新姿態數據為四元數或者歐拉角。4.根據權利要求2所述的基于先驗信息的海陸分割方法，其特征在于，步驟2具體包括以下內容：步驟21：基于衛星平臺相關參數和成像時刻姿軌信息，構建幾何成像定位模型；步驟22：基于幾何成像模型，確定定位關鍵步驟，依次建立影像坐標系、衛星本體坐標系、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁榮莉，景莊偉，謝寶蓉，鄧松峰，張曼，劉艷麗，
申請(專利權)人：上海航天計算機技術研究所，
類型：發明
國別省市：