CN105092884B - 一种利用遥感图像测量飞机速度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用遥感图像测量飞机速度的方法，该方法根据卫星上两个相机载荷对同一架飞机成像，由于其成像时间差，造成两景图像上的飞机产生位移，通过计算两景图像上飞机的成像时间差，结合位移，获取飞机的飞行速度，实现了利用遥感图像测量飞机速度，填补了目前利用遥感图像飞机测速的空白。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用遥感图像测量飞机速度的方法，属于遥感图像定量分析的技术领域。
背景技术
随着遥感技术手段的不断发展，卫星工程突破了高空间分辨率、多光谱与高时间分辨率的光学遥感技术，一星多载荷的成像模式多采用五谱合一的方式，五谱合一中不同CCD片中的安装有间隙，导致不同载荷成像过程存在时间差，利用这个时间差可实现对高速移动的目标进行测速。
遥感图像处理中，通常根据数据产品的处理过程和方法进行分级，通用标准数据产品包括0～3级，0级产品是指对卫星下传的遥感数据，经过分幅和辅助数据分离而形成的以景为单位的产品，包括图像数据和辅助数据；1级产品指的是在0级产品的基础上，利用辐射定标参数对图像数据进行相对辐射校正处理后得到的产品；2级产品指的是在1级产品的基础上，根据卫星成像时平台(轨道、姿态)参数、传感器参数、地球模型及坐标系之间的转换关系，建立系统几何校正模型，并利用该模型对图像数据进行系统几何校正处理而得到的产品；3级产品指的是在1级产品的基础上，根据几何纠正模型，利用地面控制点数据，建立图像坐标和地面坐标之间的几何关系，进行几何精度校正处理，按照地图投影模型采样得到的数据产品。3级遥感图像数据产品定位精度较高，对于高速移动目标的量测，能够满足精度要求。
现有技术中，有对飞机的预测垂直速度进行测量的方法，专利号为CN200880109452.6，得到旋转翼飞机的预测垂直速度的方法和设备，具体技术方案：一种得到旋转翼飞机的预测垂直速度VAP的方法，连续地执行下列步骤：a)测量旋转翼飞机的瞬时垂直速度v；b)根据预测项CP1确定校正垂直速度VCORR；以及c)使校正垂直速度VCORR与瞬时垂直速度v相加，以得到所述预测垂直速度VAP；以及其中，在步骤b)中，在步骤b1)期间，所述预测项CP1被确定如下：CP1＝(v+k)VPP-VP2VY-VPP]]>其中：VP＝旋转翼飞机的瞬时正确空气速度；VPP＝使用下列公式确定的旋转翼飞机的预测正确空气速度，其t和Δt分别表示时刻和时间间隔：VPP＝VP+dVPdtΔt]]>VY＝给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的预定最小功率速度；以及k＝从与旋转翼飞机的功率和垂直速度之间的比例比值对应的线性近似中确定的旋转翼飞机的预定特征常数；只要满足下述两个条件：在平飞中的经校正的空气速度VC小于最小功率速度VY；以及经校正的空气速度VC正在减小。其有别于本发明利用现有的遥感成像手段测量飞机速度的方法。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：利用现有的遥感成像手段，提供一种利用遥感图像测量飞机速度的方法，填补了目前遥感图像在飞机测速方面的空白。
本发明提供的一种利用遥感图像测量飞机速度的方法，利用同一卫星上两个相机载荷对同一架飞机成像，分别在两景图像上测量飞机的位置信息，然后计算飞机位移量和成像时间差，来获取飞机的飞行速度，该方法包括如下步骤：
(1)两景图像叠加显示；
(2)测量图像的旋转角度；
(3)对两景图像中飞机上的对应角点进行测量，获取其地理坐标数据，得到其位移距离；
(4)根据图像成像时飞机角点的成像时间，计算两景图像上飞机对应角点的成像时间差；
(5)根据两景图像上的飞机对应角点的位移及成像时间差，计算飞机的飞行速度；
(6)在两景图像上选取多个飞机的对应角点，重复步骤(2)～(5)，计算飞机的平均飞行速度，减少由于量测带来的误差。
进一步的，步骤(1)中的两景图像叠加显示，即采用通用遥感处理软件，在同一窗口打开对同一飞机成像的两景图像，确认两景图像中的相同静止物是否准确配准，如果没有准确配准将直接影响到飞机速度测量的准确性，为保证两景图像准确配准，可以采用手工配准的方法进行配准。
进一步的，步骤(2)中的测量图像的旋转角度θ，即测量遥感相机所拍的图像经过几何校正处理后相对于外接图形的旋转角度θ，由于几何校正后除相机所拍的图像外，外接图形的其余部分一般填成黑色，因此直接在计算机上测得图像的边相对于外接图形对应边的旋转角度θ。
进一步的，步骤(3)中，设定两景图像上飞机对应角点在同一坐标系下的
地理坐标分别为(X1,Y1),(X2,Y2)，其位移为S，位移的计算公式为：
进一步的，步骤(4)中，已知图像成像时第一行的扫描时间t0(x，y)和最后一行的扫描时间t1(x，y)，同时设定外接图形的长度为H，宽度为W，图像的长度为h，宽度为w，飞机角点的位置坐标为(x，y)，则飞机在两景图像上的成像时间差计算公式为：
(1)图像与其外接图形的长宽关系为：
H＝hcosθ+wsinθ
W＝hsinθ+wcosθ
(2)设定飞机角点到图像的第一行的距离L，则其计算公式为：
L＝ycosθ-xsinθ+hsin2θ
(3)设定图像上飞机角点的成像时间为t(x，y)，则其计算公式为:
(4)根据两景图像上飞机角点的成像时间分别为t(x2，y2)和t(x1，y1)，则其成像时间差Δt为：
Δt＝t(x2，y2)-t(x1，y1)
进一步的，步骤(5)中，设定飞机飞行速度为v，则其计算公式为：
进一步的，步骤(6)中，假定选取了n个飞机角点(P1，P2…Pn)，其对应获得的飞行速度为(v1，v2…vn)，则计算飞机的平均速度公式为：
本发明的有益效果：
1、本发明所提供的方法填补了利用遥感图像进行飞机测速的空白。适用于所有传感器对同一飞机进行两次短时成像，根据成像时间差及飞机的位移测算飞机飞行速度，应用范围广，是遥感图像进行定量分析的较好应用。
2、本发明同样对快速移动的目标均可适用，但遥感图像应满足目标量测对速度及空间分辨率的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的飞机测速的流程图；
图2为本发明的图像旋转角度测量说明图；
图3为本发明的两景图像上飞机对应角点成像时间差的推理图。
具体实施方式
下面结合附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供的一种利用遥感图像测量飞机速度的方法，利用同一卫星上两个相机载荷对同一架飞机成像，分别在两景图像上测量飞机的位置信息，然后计算飞机位移量和成像时间差，来获取飞机的飞行速度，该方法包括如下步骤：
(1)两景图像叠加显示；
(2)测量图像的旋转角度；
(3)对两景图像中飞机上的对应角点进行测量，获取其地理坐标数据，得到其位移距离；
(4)根据图像成像时飞机角点的成像时间，计算两景图像上飞机对应角点的成像时间差；
(5)根据两景图像上的飞机对应角点的位移及成像时间差，计算飞机的飞行速度；
(6)在两景图像上选取多个飞机的对应角点，重复步骤(2)～(5)，计算飞机的平均飞行速度，减少由于量测带来的误差。
在步骤(1)中的两景图像叠加显示，即采用通用遥感处理软件，在同一窗口打开对同一飞机成像的两景图像，确认两景图像中的相同静止物是否准确配准，如果没有准确配准将直接影响到飞机速度测量的准确性，为保证两景图像准确配准，可以采用手工配准的方法进行配准。
在步骤(2)中的测量图像的旋转角度θ，即测量遥感相机所拍的图像经过几何校正处理后相对于外接图形的旋转角度θ，由于几何校正后除相机所拍的图像外，外接图形的其余部分一般填成黑色，因此直接在计算机上测得图像的边相对于外接图形对应边的旋转角度θ。
图2和图3中的虚线框为外接图形，实线框为图像。
在图2的实施例中图像与外接图形均为四边形，图像相对于外接图形的旋转角度θ可直接在计算机上测得，通过计算机测量旋转角度θ，快速而又准确。
步骤(3)中，设定两景图像上飞机对应角点在同一坐标系下的地理坐标分别为(X1,Y1),(X2,Y2)，其位移为S，位移的计算公式为：
结合图3，说明步骤(4)中两景图像上飞机对应角点的成像时间差的推倒公式，已知图像成像时第一行的扫描时间t0(x，y)和最后一行的扫描时间t1(x，y)，同时设定外接图形的长度为H，宽度为W，图像的长度为h，宽度为w，飞机角点的位置坐标为(x，y)，则飞机在两景图像上的成像时间差计算公式为：
(1)图像与外接图形的长宽关系为：
H＝hcosθ+wsinθ
W＝hsinθ+wcosθ
(2)设定飞机角点到图像的第一行的距离L，则其计算公式为：
L＝ycosθ-xsinθ+hsin2θ
(3)设定图像上飞机角点的成像时间为t(x，y)，则其计算公式为:
(4)根据两景图像上飞机角点的成像时间分别为t(x2，y2)和t(x1，y1)，则其成像时间差Δt为：
Δt＝t(x2，y2)-t(x1，y1)
步骤(5)中，设定飞机飞行速度为v，则其计算公式为：
步骤(6)中，假定选取了n个飞机角点(P1，P2…Pn)，其对应获得的飞行速度为(v1，v2…vn)，则计算飞机的平均速度公式为：
本发明所提供的方法填补了利用遥感图像进行飞机测速的空白。适用于所有传感器对同一飞机进行两次短时成像，根据成像时间差及飞机的位移测算飞机飞行速度，应用范围广，是遥感图像进行定量分析的较好应用。本发明同样对快速移动的目标均可适用，但遥感图像应满足目标量测对速度及空间分辨率的要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (4)
1.一种利用遥感图像测量飞机速度的方法，利用同一卫星上两个相机载荷对同一架飞机成像，分别在两景图像上测量飞机的位置信息，然后计算飞机位移量和成像时间差，来获取飞机的飞行速度，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)两景图像叠加显示；
(2)测量图像的旋转角度；
(3)对两景图像中飞机上的对应角点进行测量，获取其地理坐标数据，得到其位移距离；
(4)根据图像成像时飞机角点的成像时间，计算两景图像上飞机对应角点的成像时间差；
(5)根据两景图像上的飞机对应角点的位移及成像时间差，计算飞机的飞行速度；
(6)在两景图像上选取多个飞机的对应角点，重复步骤(2)～(5)，计算飞机的平均飞行速度，减少由于量测带来的误差；
步骤(2)中的测量图像的旋转角度θ，即测量遥感相机所拍的图像经过几何校正处理后相对于外接图形的旋转角度θ，由于几何校正后除相机所拍的图像外，外接图形的其余部分填成黑色，因此直接在计算机上测得图像的边相对于外接图形对应边的旋转角度θ；
步骤(3)中，设定两景图像上飞机对应角点在同一坐标系下的地理坐标分别为(x1，y1),(x2，y2)，其位移为s，位移的计算公式为
步骤(4)中，已知图像成像时第一行的扫描时间t0(x，y)和最后一行的扫描时间t1(x，y)，同时设定外接图形的长度为H，宽度为W，图像的长度为h，宽度为w，飞机角点的位置坐标为(x，y)，则飞机在两景图像上的成像时间差计算公式为：
(1)图像与其外接图形的长宽关系为：
H＝h cosθ+w sinθ
W＝h sinθ+w cosθ
(2)设定飞机角点到图像的第一行的距离L，则其计算公式为：
L＝ycosθ-x sinθ+h sin2θ
(3)设定图像上飞机角点的成像时间为t(x，y)，则其计算公式为:
(4)根据两景图像上飞机角点的成像时间分别为t(x1，y1)和t(x2，y2)，则其成像时间差Δt为：
Δt＝t(x2，y2)-t(x1，y1)
2.根据权利要求1所述的一种利用遥感图像测量飞机速度的方法，其特征在于：步骤(1)中的两景图像叠加显示，即采用通用遥感处理软件，在同一窗口打开对同一飞机成像的两景图像，确认两景图像中的相同静止物是否准确配准，如果没有准确配准将直接影响到飞机速度测量的准确性，为保证两景图像准确配准，采用手工配准的方法进行配准。
3.根据权利要求1所述的一种利用遥感图像测量飞机速度的方法，其特征在于：步骤(5)中，设定飞机飞行速度为v，则其计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种利用遥感图像测量飞机速度的方法，其特征在于：步骤(6)中，选取了n个飞机角点(P1，P2…Pn)，其对应获得的飞行速度为(v1，v2…vn)，则计算飞机的平均速度公式为：
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