CN109300120B

CN109300120B - 遥感成像仿真方法及装置

Info

Publication number: CN109300120B
Application number: CN201811063977.2A
Authority: CN
Inventors: 张可; 周春平; 宫辉力; 李小娟; 孟冠嘉; 杨灿坤; 钟若飞; 郭姣
Original assignee: Chinamap Hi Tech Beijing Information Technology Co ltd; Capital Normal University
Current assignee: Chinamap Hi Tech Beijing Information Technology Co ltd; Capital Normal University
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2038-09-12
Also published as: CN109300120A

Abstract

本发明实施例提供一种遥感成像仿真方法及装置，涉及计算机仿真技术领域，用于对卫星光学传感器的成像结果进行仿真。所述方法包括：获取第一图像；根据下采样参数及光学传感器的成像模式参数在所述第一图像中确定下采样区域；对所述下采样区域中的像素进行下采样处理，得到第二图像；根据所述成像模式参数对所述第二图像进行调整，得到基于所述成像模式参数的遥感成像仿真图像。通过该方法可以简化卫星遥感成像的仿真流程，降低卫星遥感成像仿真的实施成本和实施难度。

Description

遥感成像仿真方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，具体而言，涉及一种遥感成像仿真方法及装置。

背景技术

随着卫星遥感技术的迅猛发展，遥感卫星的数量正在迅速增加。由于不同卫星的成像模式各有不同，因此对于卫星在不同成像模式下的成像仿真方法也有所差异。

针对光学传感器推扫方向与卫星飞行方向存在夹角的成像模式，现有技术中可以通过物理仿真和计算机仿真两种方式进行成像仿真，但是所述两种仿真方式均存在一定缺点。

其中，物理仿真方式通过布置实验设备搭建成像环境来验证光学传感器的成像过程，该方式不仅实施成本高，同时还由于设备精度难以控制，所以还存在仿真误差较大的问题。而对于计算机仿真方式而言，该方式通过建立数字化三维虚拟卫星进行仿真，理论上可以模拟出光学传感器在不同模式、不同分辨率下的成像结果，但其实现周期相对较长，并且实施难度较大。

因此，对于本领域技术人员而言，研究一种成本低、易实现的卫星遥感成像仿真方法具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种遥感成像仿真方法及装置，以降低卫星遥感成像仿真的实施成本和实施难度。

为了实现上述目的，本发明较佳实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种遥感成像仿真方法，用于对卫星光学传感器的成像结果进行仿真，所述方法包括：

获取第一图像；

根据下采样参数及光学传感器的成像模式参数在所述第一图像中确定下采样区域；

对所述下采样区域中的像素进行下采样处理，得到第二图像；

根据所述成像模式参数对所述第二图像进行调整，得到基于所述成像模式参数的遥感成像仿真图像。

可选地，在本发明实施例中，所述方法还包括：将所述第一图像转化为灰度图像，并在将所述第一图像转化为灰度图像之后，再执行根据下采样参数及光学传感器的成像模式参数在所述第一图像中确定下采样区域的步骤。

进一步地，在本发明实施例中，所述根据下采样参数及光学传感器的成像模式参数在所述第一图像中确定下采样区域的步骤，包括：

获取下采样参数及所述光学传感器的成像模式参数，其中，所述下采样参数包括下采样倍数，所述成像模式参数包括光学传感器的单线阵像元数、光学传感器推扫方向与卫星飞行方向之间的夹角以及所述光学传感器的采样频率；

根据所述夹角、单线阵像元数、下采样倍数及采样频率在所述第一图像中确定构成所述下采样区域的多个下采样窗口。

可选地，所述根据所述夹角、单线阵像元数、下采样倍数及采样频率在所述第一图像中确定构成所述下采样区域的多个下采样窗口的步骤，包括：

根据所述夹角及单线阵像元数在所述第一图像的第一列像素中确定一起始点；

创建以所述起始点为顶点并且以所述下采样倍数为边长的初始下采样窗口；

根据所述夹角及所述边长对所述初始下采样窗口进行平移，得到多个下采样窗口。

可选地，在本发明实施例中，所述对所述下采样区域中的像素进行下采样处理，得到第二图像的步骤，包括：

对所述下采样窗口中所述第一图像的像素进行融合，得到多个像元；

根据所述多个像元得到第二图像。

可选地，在本发明实施例中，所述对所述第一图像中包含于所述下采样窗口的像素分别进行融合的步骤，包括：

计算包含于每一个所述下采样窗口的像素的均值；

将每一个所述下采样窗口中的像素分别合并为一个像元，并将所述均值作为下采样窗口对应的像元的像素值。

可选地，在本发明实施例中，所述根据所述成像模式参数对所述第二图像进行调整的步骤，包括：

根据所述夹角对所述第二图像中的像元进行坐标变换。

第二方面，本发明实施例还提供一种遥感成像仿真装置，用于对卫星光学传感器的成像结果进行仿真，所述装置包括：

获取模块，用于获取第一图像；

区域确定模块，用于根据下采样参数及光学传感器的成像模式参数在所述第一图像中确定下采样区域；

下采样模块，用于对所述下采样区域中的像素进行下采样处理，得到第二图像；

调整模块，用于根据所述成像模式参数对所述第二图像进行调整，得到基于所述成像模式参数的遥感成像仿真图像。

可选地，在本发明实施例中，所述装置还包括：

转化模块，用于将所述第一图像转化为灰度图像。

进一步地，在本发明实施例中，所述获取模块还用于：

所述区域确定模块还用于：根据所述夹角、单线阵像元数、下采样倍数及采样频率在所述第一图像中确定构成所述下采样区域的多个下采样窗口；

所述下采样模块还用于：计算包含于每一个所述下采样窗口的像素的均值，将每一个所述下采样窗口中的像素分别合并为一个像元，并将所述均值作为下采样窗口对应的像元的像素值；

所述调整模块还用于：根据所述夹角对所述第二图像中的像元进行坐标变换，得到仿真图像中每一个像元的对应坐标。

相对于现有技术而言，本发明实施例提供的遥感成像仿真方法及装置具有以下有益效果：

本发明实施例提供的遥感成像仿真方法通过设定下采样参数和光学传感器的成像模式参数对第一图像进行下采样处理，然后根据光学传感器的成像模式参数对下采样处理得到的第二图像进行调整，得到基于所述成像模式参数的遥感成像仿真图像。相比现有技术中的物理仿真方式而言，减少了在实验设备上的成本投入，同时还降低了由于实验设备移动精度难以控制造成的仿真误差。相对于现有技术中的计算机仿真方式而言，本发明实施例提供的遥感成像仿真方法简化了计算机仿真的仿真流程，降低了卫星遥感成像仿真的实施成本和实施难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的部分实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。

图1为本发明实施例提供的遥感成像仿真设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的遥感成像仿真方法的步骤流程示意图；

图3为图2中步骤S20的子步骤流程示意图；

图4为图3中步骤S202的子步骤流程示意图；

图5为本发明实施例提供的下采样窗口示意图；

图6为图2中步骤S30的子步骤流程示意图；

图7为本发明实施例提供的第二图像示意图；

图8为本发明实施例提供的最终仿真图像示意图；

图9为本发明实施例提供的遥感成像仿真装置的模块示意图。

图标：100-遥感成像仿真设备；111-存储器；112-存储控制器；113-处理器；70-遥感成像仿真装置；701-获取模块；702-区域确定模块；703-下采样模块；704-调整模块；705-转化模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，为本发明实施例提供的一种遥感成像仿真设备100。所述遥感成像仿真设备100可以包括遥感成像仿真装置70、存储器111、存储控制器112及处理器113。

所述存储器111、存储控制器112及处理器113各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述遥感成像仿真装置70可以包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器111中或固化在所述遥感成像仿真设备100的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器113用于执行所述存储器111中存储的可执行模块，例如所述遥感成像仿真装置70所包括的软件功能模块及计算机程序等。

其中，所述存储器111可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器111用于存储程序，所述处理器113在接收到执行指令后，执行所述程序。所述处理器113以及其他可能的组件对存储器111的访问可在所述存储控制器112的控制下进行。

所述处理器113可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力；也可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

应当理解的是，图1所示的结构仅为示意图，所述遥感成像仿真设备100还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

进一步地，请参照图2，本发明实施例还提供一种遥感成像仿真方法，所述方法可以应用于图1所示的遥感成像仿真设备100，所述方法包括：

步骤S10，获取第一图像。

在本发明实施例中，所述第一图像可以是分辨率满足预设条件的任意图像。具体地，假设待仿真的卫星遥感成像模式中单线阵传感器像元数为m(即卫星光学传感器每一次成像包括m个像元)，步骤S10中获取的第一图像的分辨率为r×c(每列像素个数×每行像素个数)，则应满足预设条件r>m。

进一步地，在通过步骤S10获得第一图像之后，所述方法还包括：

步骤S20，根据下采样参数及光学传感器的成像模式参数在所述第一图像中确定下采样区域。

具体地，请参照图3，在本发明实施例中，所述步骤S20可以包括：

子步骤S201，获取下采样参数及所述光学传感器的成像模式参数。

在所述子步骤S201中，所述下采样参数可以包括下采样倍数，所述光学传感器的成像模式参数可以包括光学传感器的单线阵像元数、光学传感器推扫方向与卫星飞行方向之间的夹角以及所述光学传感器的采样频率。

其中，所述单线阵像元数表示卫星光学传感器每一次成像包含的像元数；所述下采样倍数指对图像进行分辨率调整的调整系数，若所述下采样倍数为d，则表示经过下采样处理后可以将d*d的窗口内的所有像素点合并为一个像素。

进一步地，在子步骤S201之后所述步骤S20还可以包括：

子步骤S202，根据所述夹角、单线阵像元数、下采样倍数及采样频率在所述第一图像中确定构成所述下采样区域的多个下采样窗口。

在本发明实施例中，通过所述子步骤S201获得下采样倍数、光学传感器的单线阵像元数、光学传感器推扫方向与卫星飞行方向之间的夹角以及所述光学传感器的采样频率后，即可根据所述夹角、单线阵像元数、下采样倍数及采样频率在所述第一图像中确定多个下采样窗口，然后由所述多个下采样窗口在所述第一图像中构成下采样区域。

进一步地，请参照图4，在本发明实施例中，所述子步骤S202还可以包括以下二级子步骤：

S2021，根据所述夹角及单线阵像元数在所述第一图像的第一列像素中确定一起始点。

参照图5，所述起始点可以表示模拟卫星光学传感器每一次成像的推扫线的起始点，当模拟卫星光学传感器第一次成像时，所述起始点的位置如A点所示，其坐标的具体确定方法将在后面进行说明。

S2022，创建以所述起始点为顶点并且以所述下采样倍数为边长的初始下采样窗口。

在确定每一次成像的起始点A之后，通过光学传感器推扫方向与卫星飞行方向之间的夹角数据及下采样倍数，可以确定出B、C、D三点的坐标，然后由A、B、C、D四个点构成一下采样窗口。其中，所述下采样窗口的AB和CD边与第一图像中行像素所成夹角等于光学传感器推扫方向与卫星飞行方向之间的夹角。具体地，在本发明实施例中，A、B、C、D四个点的坐标计算方法可以表示为：

其中，A_xij表示第i次成像第j(此处j＝1)个窗口中A点的横坐标，A_yij表示第i次成像第j个窗口中A点的纵坐标，B_xij、B_yij、C_xij、C_yij、D_xij及D_yij与A_xij和A_yij同理，在此将不进行赘述。

进一步地，上述公式中，m表示单线阵像元数，d表示下采样倍数，p表示采样频率，a/b为光学传感器推扫方向与卫星飞行方向之间的夹角对应的正切值的最简分数，k和n为a、b的运算系数，其具体值可以根据实际数据进行调整。应当注意的是，由于所述横坐标和纵坐标表示像素点所在行和像素点所在列，因此，在本发明实施例中，应当对所述横坐标和纵坐标的计算结果取整数。具体地，在对所述横坐标和纵坐标的计算结果取整数时，可以采用四舍五入的方式进行取整。

进一步地，通过S2022确定初始下采样窗口之后，还包括：

S2023，根据所述夹角及所述边长对所述初始下采样窗口进行平移，得到多个下采样窗口。

将所述初始下采样窗口沿所述AB边的方向以下采样窗口的边长为平移量依次平移，即以初始下采样窗口的B点作为下一个下采样窗口的A点，以初始下采样窗口的C点作为下一个下采样窗口的D点。具体地，该过程可以表示为：

其中，A_xi(j+1)表示第i次成像第j+1个窗口中A点的横坐标，A_yi(j+1)表示第i次成像第j+1个窗口中A点的纵坐标，B_xi(j+1)、B_yi(j+1)、C_xi(j+1)、C_yi(j+1)、D_xi(j+1)及D_yi(j+1)与A_xi(j+1)和A_yi(j+1)同理，在此将不进行赘述。a、b和n表示的参数也与上述解释内容相同，因此，此处不再进行说明。

进一步地，请继续参照图2，在通过上述步骤S20在所述第一图像中确定下采样区域之后，所述方法还包括：

步骤S30，对所述下采样区域中的像素进行下采样处理，得到第二图像。

具体地，请参照图6，在本发明实施例中，所述步骤S30可以包括以下子步骤：

子步骤S301，计算包含于每一个所述下采样窗口的像素的均值。

子步骤S302，将每一个所述下采样窗口中的像素分别合并为一个像元，并将所述均值作为下采样窗口对应的像元的像素值。

在本发明实施例中，对所述下采样区域进行下采样处理的过程实质上为对构成所述下采样区域的多个下采样窗口中的像素进行下采样处理的过程，通过将每一个下采样窗口中的像素合并为一个像元，并将合并前所有像素的均值作为合并后的像元的像素值输出，从而得到低分辨率的第二图像，即下采样结果图。

参照图7，为本发明实施例提供的第二图像示意图。由于下采样处理得到的第二图像是根据每一个下采样窗口得到的像元依次存储得到的，无法体现出各个像元在第一图像中的原始位置关系。因此，在本发明实施例中，通过下采样处理得到所述第二图像之后，所述方法还包括：

步骤S40，根据所述成像模式参数对所述第二图像进行调整，得到基于所述成像模式参数的遥感成像仿真图像。

具体地，请参照图8，图8为本发明实施例提供的最终仿真图像示意图。在本发明实施例中，所述步骤S40可以根据光学传感器推扫成像方向与卫星飞行方向之间的夹角对所述第二图像中的像元进行坐标变换，从而改变各像元之间的相对位置关系，得到最终仿真图像。其中，在对所述第二图像中的像元进行坐标调整时，所述第二图像中各个像元对应的纵坐标可以不变，仅需根据所述夹角对各个像元的横坐标进行调整，使得第二图像中每一行像素点构成的连线以所述夹角对应的角度相对于原坐标构成的连线倾斜，得到最终的遥感成像仿真图像。

可选地，在本发明实施例中，所述方法还可以包括：将所述第一图像转化为灰度图像，并在将所述第一图像转化为灰度图像之后，再执行根据下采样参数及光学传感器的成像模式参数在所述第一图像中确定下采样区域的步骤。通过将所述第一图像转化为灰度图像进行处理，可以一定程度降低下采样处理过程中的运算量，提高仿真效率。

此外，请参照图9，本发明实施例还提供一种遥感成像仿真装置70，用于对卫星光学传感器的成像结果进行仿真，所述装置包括：

获取模块701，用于获取第一图像；

区域确定模块702，用于根据下采样参数及光学传感器的成像模式参数在所述第一图像中确定下采样区域；

下采样模块703，用于对所述下采样区域中的像素进行下采样处理，得到第二图像；

调整模块704，用于根据所述成像模式参数对所述第二图像进行调整，得到基于所述成像模式参数的遥感成像仿真图像。

可选地，在本发明实施例中，所述装置还包括：

转化模块705，用于将所述第一图像转化为灰度图像。

进一步地，在本发明实施例中，所述获取模块701还用于：

所述区域确定模块702还用于：根据所述夹角、单线阵像元数、下采样倍数及采样频率在所述第一图像中确定构成所述下采样区域的多个下采样窗口；

所述下采样模块703还用于：计算包含于每一个所述下采样窗口的像素的均值，将每一个所述下采样窗口中的像素分别合并为一个像元，并将所述均值作为下采样窗口对应的像元的像素值；

所述调整模块704还用于：根据所述夹角对所述第二图像中的像元进行坐标变换，得到仿真图像中每一个像元的对应坐标。

应当注意的是，在本发明实施例中所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

综上所述，本发明实施例提供一种遥感成像仿真方法及装置，用于对卫星光学传感器的成像结果进行仿真。该方法及装置通过设定下采样参数和光学传感器的成像模式参数对第一图像进行下采样处理，然后根据光学传感器的成像模式参数对下采样处理得到的第二图像进行调整，得到基于所述成像模式参数的遥感成像仿真图像。通过该方法简化了卫星遥感成像的仿真流程，降低了卫星遥感成像仿真的实施成本和实施难度。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种遥感成像仿真方法，其特征在于，用于对卫星光学传感器的成像结果进行仿真，所述方法包括：

获取第一图像；

获取下采样参数及所述光学传感器的成像模式参数，其中，所述下采样参数包括下采样倍数，所述成像模式参数包括光学传感器的单线阵像元数、光学传感器推扫方向与卫星飞行方向之间的夹角以及所述光学传感器的采样频率；根据所述夹角及单线阵像元数在所述第一图像的第一列像素中确定一起始点；创建以所述起始点为顶点并且以所述下采样倍数为边长的初始下采样窗口；根据所述夹角及所述边长对所述初始下采样窗口进行平移，得到多个下采样窗口；

计算包含于每一个所述下采样窗口的像素的均值；将每一个所述下采样窗口中的像素分别合并为一个像元，并将所述均值作为下采样窗口对应的像元的像素值，得到多个像元；根据所述多个像元得到第二图像；

根据所述夹角对所述第二图像中的像元进行坐标变换，得到基于所述成像模式参数的遥感成像仿真图像。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述第一图像转化为灰度图像，并在将所述第一图像转化为灰度图像之后，再执行根据下采样参数及光学传感器的成像模式参数在所述第一图像中确定下采样区域的步骤。

3.一种遥感成像仿真装置，其特征在于，用于对卫星光学传感器的成像结果进行仿真，所述装置包括：

获取模块，用于获取第一图像；

区域确定模块，用于根据下采样参数及光学传感器的成像模式参数在所述第一图像中确定下采样区域；下采样模块，用于对所述下采样区域中的像素进行下采样处理，得到第二图像；调整模块，用于根据所述成像模式参数对所述第二图像进行调整，得到基于所述成像模式参数的遥感成像仿真图像；

所述区域确定模块，具体用于获取下采样参数及所述光学传感器的成像模式参数，其中，所述下采样参数包括下采样倍数，所述成像模式参数包括光学传感器的单线阵像元数、光学传感器推扫方向与卫星飞行方向之间的夹角以及所述光学传感器的采样频率；根据所述夹角及单线阵像元数在所述第一图像的第一列像素中确定一起始点；创建以所述起始点为顶点并且以所述下采样倍数为边长的初始下采样窗口；根据所述夹角及所述边长对所述初始下采样窗口进行平移，得到多个下采样窗口；

所述下采样模块，具体用于：计算包含于每一个所述下采样窗口的像素的均值；将每一个所述下采样窗口中的像素分别合并为一个像元，并将所述均值作为下采样窗口对应的像元的像素值，得到多个像元；根据所述多个像元得到第二图像；

所述调整模块，具体用于：根据所述夹角对所述第二图像中的像元进行坐标变换。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

转化模块，用于将所述第一图像转化为灰度图像。