CN109724590B - 一种月基平台光学传感器全球影像成像频率和时间间隔的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种月基平台光学传感器全球影像成像频率和时间间隔的计算方法，包括获取每天时刻A的月基光学传感器全球图像；将所述图像按照分辨率划分栅格；计算所述图像像元的行列数；获取所述时刻A图像的可见区域的最南北端像元a,b的个数；对比a和b的大小，并取最小值；计算成像频率和成像间隔。本发明的方法合理设计传感器观测频率和时间间隔，并将获得的图像拼接成全球图像，对利用月基观测技术去探索全球宏观科学现象，设计月基光学传感器具有重要的意义。

Description

一种月基平台光学传感器全球影像成像频率和时间间隔的计 算方法
技术领域
本发明涉及月基平台光学传感器观测成像领域，具体地涉及一种月基平台光学传感器全球影像成像频率和时间间隔的计算方法。
背景技术
在月球上安放传感器观测地球是一种可以监测全球宏观科学现象的理想对地观测技术。相比起卫星平台，月基平台凭借其寿命长、整体性、稳定性和唯一性的特点，成为探索全球宏观科学现象的一个独特视角。光学传感器是对地观测技术中常用传感器，在月球上安放光学传感器能够提供大范围持续的观测数据，可对地球宏观变化现象的研究提供支撑。
在光学传感器观测方式方面(参见本申请人的发明专利公开号CN108896038A)，月球上的光学传感器能够观测到太阳照射地球的区域。假设光学传感器安装在月面中心位置。由于月球距离地球约38万公里，所以传感器几乎可以观测到地球面向月球的半球区域(图1中A和C区域)，太阳光几乎平行的照射在地球表面，也是一个半球区域(图1中B和C区域)。这两个半球区域相交的范围即为月基光学传感器观测到太阳照射的区域(图1中C区域)。
利用月基平台获取全球观测影像对于全球尺度长周期变化现象的研究非常重要，因为这种观测影像可以形成长时间序列的观测数据来为研究全球性的宏观科学现象提供支撑，例如地球能量平衡的十年或者百年周期性变化等。但是月基光学传感器观测的太阳照射的区域是随着时间变化而变化的范围，最大能够覆盖全球的50％面积，最小接近0％，一天内这个区域可以覆盖全球。如果想获取全球影像，则需要设定一定的观测频率，来获取的C区域影像，进行拼接得到。但受到传感器性能的制约，光学传感器的成像频率与成像像素成反比，也就是说，成像频率越高，图像的像素越低。如果设定较高的观测频率，来保证全天图像的获取，则会导致获取的影像像素较低，也会致使传感器资源的浪费。因此，合理地设计传感器观测频率和时间间隔，并将获得的图像拼接成全球图像，对利用月基观测技术去探索全球宏观科学现象，设计月基光学传感器具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是合理的设计月基平台光学传感器观测频率和时间间隔，以将获得的图像拼接成全球图像。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案如下：
一种月基平台光学传感器全球影像成像频率和时间间隔的计算方法，包括以下步骤：
步骤1：获取每天时刻A的月基光学传感器全球图像。
步骤2：将所述图像按照分辨率划分栅格。
步骤3：计算所述图像像元的行列数，行数为n，列数为m。
步骤4：获取所述时刻A图像的可见区域的最南端像元的个数a，最北端像元的个数b。
步骤5：对比a和b的大小，并取最小值。
步骤6：利用如下公式计算成像频率f，单位为次。
Figure BDA0001943512360000021
步骤7：利用如下公式计算成像间隔i，单位为秒。
Figure BDA0001943512360000031
优选地，步骤1中的时刻A是0点时刻或者是其他时刻。
优选地，还包括步骤8：根据设定的成像间隔来规划传感器成像，获得观测图像。
优选地，还包括步骤9：将步骤8中所得的图像按照空间坐标系叠加，得到全球图像。
本发明的方法针对月基光学传感器成像模式，合理设计传感器观测频率和时间间隔，并将获得的图像拼接成全球图像，对利用月基观测技术去探索全球宏观科学现象，设计月基光学传感器具有重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是月基光学传感器成像模式示意图。
图2是本发明的月基光学传感器全球图像成像频率和成像间隔计算流程图。
图3是根据本发明的实施例一的2016年07月15日(UTC时间)，空间分辨率为1°的覆盖图像。
图4是根据本发明的实施例二的2016年07月05日(UTC时间)，空间分辨率为O.5°的覆盖图像。
图5是根据本发明的实施例三的2016年07月25日(UTC时间)，空间分辨率为2°的覆盖图像。
具体实施方式
本发明提供一种基于每天0点时刻(或者其他时刻)的月基光学传感器图像来计算能够获取全球观测范围影像的成像频率，进而计算成像的时间间隔，从而获取全球的图像的方法。
由于太阳光是主要的信号源，且直射地球的位置在一天内向北或向南移动一定的位置，因此光学传感器获取的图像的纬向覆盖位置在一天之内表现出向南或者向北移动，但这种纬向的变化仅在地球位于太阳和月球之间时变化的较快，其他时间变化是很小的。利用这种规律，以每天0点时刻(或者其他时刻)的瞬时观测图像为基础，计算全天全球成像频率，规划全球覆盖图像成像的频率。
光学传感器获取的图像呈现两端窄，中间宽的图像特征，在全球图像上表现出南北两端的径向覆盖度远低于中间区域的径向覆盖度。根据南北两端径向区域的最小覆盖度来计算成像频率，以保证全球影像成像能够最大范围的覆盖全球位置。
本发明以每天0点时刻(或者其他时刻)的月基光学传感器观测范围为基础数据，计算能够获取全球覆盖图像的成像频率和成像间隔。实施例中的时间以0点时刻为主。
本方法的关键点在于能够利用每天0点时刻(或者其他时刻)的月基光学传感器观测可见光区域的影像范围，来计算能够覆盖全球的观测影像的传感器成像频率，并计算成像间隔。
图2是本发明的月基光学传感器全球图像成像频率和成像间隔计算流程图。参见图2，本发明的方法包括以下步骤：
步骤1：获取每天时刻A(可以是0点时刻，也可以是其他时刻)的月基光学传感器全球图像。
步骤2：将所述图像按照分辨率划分栅格。
步骤3：计算所述图像像元的行列数，行数为n，列数为m。
步骤4：获取所述时刻A图像的可见区域的最南端像元的个数a，最北端像元的个数b。
步骤5：对比a和b的大小，并取最小值。
步骤6：利用如下公式计算成像频率f，单位为次。
Figure BDA0001943512360000051
步骤7：利用如下公式计算成像间隔i，单位为秒。
Figure BDA0001943512360000052
步骤8：根据设定的成像间隔来规划传感器成像，获得观测图像。
步骤9：将步骤8中所得的图像按照空间坐标系叠加，得到全球图像。
实施例一
参见图3，基于已经获取2016年07月15日(UTC时间)，空间分辨率为1°的覆盖图像来模拟获取全球图像的成像频率和成像间隔，并模拟全球图像。
1.首先获取每天0点时刻图像的空间分辨率。图中白色代表月基光学传感可见区域，黑色代表不可见区域。利用arcgis、envi等工具查看，图像分辨率为1°。
2.计算图像像元的行列数，n行，m列。图像共有180行，360列。
3.获取0点时刻图像的可见区域的最南端像元的个数a，最北端像元的个数b。利用envi、arcgis、matlab等工具读取图像，查看最南段像元个数a为：25；查看最北段像元个数b为：22。
4.对比a和b的大小，并取最小值。
因为b＝22小于a＝25，故取两者最小值22。
5.利用公式(1)计算成像频率f，单位为次。带入m＝360；min{a,b}为22，得到频率f为：16.36。为保证覆盖完全，f向上取证，则f＝17。
6.利用公式(2)计算成像间隔i，单位为秒。带入f＝17，计算成像时间间隔i为：5082.35秒，合计84.7分钟。因此时间间隔为01:24:42。
7.根据设定的成像间隔来规划传感器成像，得到能够覆盖全球的图像，将这些图像按照空间坐标系叠加，得到全球图像。
根据时间间隔，2016年07月15日的成像共17次，每次间隔为84.7分钟，则设定的成像时间为：
2016/7/15 0:00；2016/7/15 1:24；2016/7/15 2:49；2016/7/15 4:14；2016/7/155:38；2016/7/15 7:03；2016/7/15 8:28；2016/7/15 9:52；2016/7/15 11:17；2016/7/1512:42；2016/7/15 14:07；2016/7/15 15:31；2016/7/15 16:56；2016/7/15 18:21；2016/7/15 19:45；2016/7/15 21:10；2016/7/15 22:35。
实施例二
参见图4，基于已经获取2016年07月5日(UTC时间)，空间分辨率为0.5°的覆盖图像来模拟获取全球图像的成像频率和成像间隔，并模拟全球图像。
1.首先获取每天0点时刻图像的空间分辨率。图中白色代表月基光学传感可见区域，黑色代表不可见区域。利用arcgis、envi等工具查看，图像分辨率为0.5°。
2.计算图像像元的行列数，n行，m列。图像共有360行，720列。
3.获取0点时刻图像的可见区域的最南端像元的个数a，最北端像元的个数b。利用envi、arcgis、matlab等工具读取图像，查看最南段像元个数a为：720；查看最北段像元个数b为：34。
4.对比a和b的大小，并取最小值。
因为b＝34小于a＝720，故取两者最小值34。
5.利用公式(1)计算成像频率f，单位为次。带入m＝720；min{a,b}为34，得到频率f为：21.18。为保证覆盖完全，f向上取证，则f＝22。
6.利用公式(2)计算成像间隔i，单位为秒。带入f＝22，计算成像时间间隔i为：3927.27秒，合计65.45分钟，因此时间间隔为01:05:27。
7.根据设定的成像间隔来规划传感器成像，得到能够覆盖全球的图像，将这些图像按照空间坐标系叠加，得到全球图像。
根据时间间隔，2016年07月05日的成像共22次，每次间隔为65.45分钟，则设定的成像时间为：
2016/7/5 0:00；2016/7/5 1:05；2016/7/5 2:10；2016/7/5 3:16；2016/7/5 4:21；2016/7/5 5:27；2016/7/5 6:32；2016/7/5 7:38；2016/7/5 8:43；2016/7/5 9:49；2016/7/5 10:54；2016/7/5 11:59；2016/7/5 13:05；2016/7/5 14:10；2016/7/5 15:16；2016/7/5 16:21；2016/7/5 17:27；2016/7/5 18:32；2016/7/5 19:38；2016/7/5 20:43；2016/7/5 21:49；2016/7/5 22:54。
实施例三
参见图5，基于已经获取2016年07月25日(UTC时间)，空间分辨率为2°的覆盖图像来模拟获取全球图像的成像频率和成像间隔，并模拟全球图像。
1.首先获取每天0点时刻图像的空间分辨率。图中白色代表月基光学传感可见区域，黑色代表不可见区域。利用arcgis、envi等工具查看，图像分辨率为2°。
2.计算图像像元的行列数，n行，m列。图像共有90行，180列。
3.获取0点时刻图像的可见区域的最南端像元的个数a，最北端像元的个数b。利用envi、arcgis、matlab等工具读取图像，查看最南段像元个数a为：118；查看最北段像元个数b为：2。
4.对比a和b的大小，并取最小值。因为b＝2小于a＝118，故取两者最小值2。
5.利用公式(1)计算成像频率f，单位为次。带入m＝180；min{a,b}为2，得到频率f为：90。为保证覆盖完全，f向上取证，则f＝90。
6.利用公式(2)计算成像间隔i，单位为秒。带入f＝90，计算成像时间间隔i为：960秒，合计16分钟，时间间隔为00:16:00。
7.根据设定的成像间隔来规划传感器成像，得到能够覆盖全球的图像，将这些图像按照空间坐标系叠加，得到全球图像。
根据时间间隔，2016年07月25日的成像共90次，每次间隔为16分钟，则设定的成像时间为：
2016/7/25 0:00；2016/7/25 0:16；2016/7/25 0:32；2016/7/25 0:48；2016/7/251:04；2016/7/25 1:20；2016/7/25 1:36；2016/7/25 1:52；2016/7/25 2:08；2016/7/25 2:24；2016/7/25 2:40；2016/7/25 2:56；2016/7/25 3:12；2016/7/25 3:28；2016/7/25 3:44；2016/7/25 4:00；2016/7/25 4:16；2016/7/25 4:32；2016/7/25 4:48；2016/7/25 5:04；2016/7/25 5:20；2016/7/25 5:36；2016/7/25 5:52；2016/7/25 6:08；2016/7/25 6:24；2016/7/25 6:40；2016/7/25 6:56；2016/7/25 7:12；2016/7/25 7:28；2016/7/25 7:44；2016/7/25 8:00；2016/7/25 8:16；2016/7/25 8:32；2016/7/25 8:48；2016/7/25 9:04；2016/7/25 9:20；2016/7/25 9:36；2016/7/25 9:52；2016/7/25 10:08；2016/7/25 10:24；2016/7/25 10:40；2016/7/25 10:56；2016/7/25 11:12；2016/7/25 11:28；2016/7/2511:44；2016/7/25 12:00；2016/7/25 12:16；2016/7/25 12:32；2016/7/25 12:48；2016/7/25 13:04；2016/7/25 13:20；2016/7/25 13:36；2016/7/25 13:52；2016/7/25 14:08；2016/7/25 14:24；2016/7/25 14:40；2016/7/25 14:56；2016/7/25 15:12；2016/7/25 15:28；2016/7/25 15:44；2016/7/25 16:00；2016/7/25 16:16；2016/7/25 16:32；2016/7/2516:48；2016/7/25 17:04；2016/7/25 17:20；2016/7/25 17:36；2016/7/25 17:52；2016/7/25 18:08；2016/7/25 18:24；2016/7/25 18:40；2016/7/25 18:56；2016/7/25 19:12；2016/7/25 19:28；2016/7/25 19:44；2016/7/25 20:00；2016/7/25 20:16；2016/7/25 20:32；2016/7/25 20:48；2016/7/25 21:04；2016/7/25 21:20；2016/7/25 21:36；2016/7/2521:52；2016/7/25 22:08；2016/7/25 22:24；2016/7/25 22:40；2016/7/25 22:56；2016/7/25 23:12；2016/7/25 23:28；2016/7/25 23:44。
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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种月基平台光学传感器全球影像成像频率和时间间隔的计算方法，包括以下步骤：
步骤1：获取每天时刻A的月基光学传感器全球图像；
步骤2：将所述图像按照分辨率划分栅格；
步骤3：计算所述图像像元的行列数，行数为n，列数为m；
步骤4：获取所述时刻A图像的可见区域的最南端像元的个数a，最北端像元的个数b；
步骤5：对比a和b的大小，并取最小值；
步骤6：利用如下公式计算成像频率f，单位为次；
Figure FDA0002451457650000011
步骤7：利用如下公式计算成像间隔i，单位为秒,
Figure FDA0002451457650000012
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时刻A是0点时刻。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤8：根据设定的成像间隔来规划传感器成像，获得观测图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括步骤9：将步骤8中所得的图像按照空间坐标系叠加，得到全球图像。
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