CN110209847B - 航空遥感数据机上准实时处理方法、装置和存储介质 - Google Patents

航空遥感数据机上准实时处理方法、装置和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种航空遥感数据机上准实时处理方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，获取与图像数据对应的导航定位定向数据，根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素，获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，利用共线条件，对图像进行准实时正射纠正定位，生成具有精确位置坐标的图像数据，并通过飞机通信系统中的数传装置，将准实时纠正的影像数据，下传到地面分析中心，支持遥感应急监测，辅助救灾决策。

Description

航空遥感数据机上准实时处理方法、装置和存储介质
技术领域
本申请涉及计算机技术和航空遥感技术领域，尤其涉及一种航空遥感数据机上准实时处理方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
航空遥感作业机动性强，可适配装载不同类型的载荷，具有可重复观测和大面积高分辨率遥感数据获取能力，在遥感数据的获取方面具有独特的优势，特别是其具有快速响应能力和机动灵活的观测能力，如今除常规的航空遥感任务外，航空遥感越来越多的应用于遥感应急监测中。
当前遥感数据的处理方式仍是在遥感飞机完成数据获取飞行任务降落到地面后，将遥感数据拷贝到地面后处理计算机，通过本地地面计算机对遥感数据进行处理的模式；由于飞机返航和地面拷贝的时间耽搁，导致遥感数据处理时间相对滞后，对于实时性要求高的应急监测事件如火灾灾情监测、地震灾情监测等，无法快速的获取具有精确地理位置参考的影像数据以制作灾情分布图，从而无法迅捷地辅助应急救援决策。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种航空遥感数据机上准实时处理方法、装置、计算机设备和存储介质。
第一方面，本申请提供了一种航空遥感数据准实时处理方法，包括：
通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，图像数据携带曝光时间；
通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，航空相机的姿态为根据所述导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得；
根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据；
根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素；
获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。
第二方面，本申请提供了一种航空遥感数据机上准实时处理装置，包括：
图像数据监控模块，用于通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，图像数据携带曝光时间；
导航定位定向数据监控模块，用于通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，航空相机的姿态为根据导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得；
数据查找模块，用于根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据；
外方位元素计算模块，用于根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素；
图像纠正定位计算模块，用于获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，图像数据携带曝光时间；
通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，航空相机的姿态为根据所述导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得；
根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据；
根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素；
获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，图像数据携带曝光时间；
通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，航空相机的姿态为根据所述导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得；
根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据；
根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素；
获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。
上述航空遥感数据机上准实时处理方法、装置、计算机设备和存储介质，所述方法包括：通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，图像数据携带曝光时间，通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，航空相机的姿态为根据导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得，根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据，根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素，获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。通过机载处理器实时监控图像数据和导航定位定向数据，根据数据对应关系对图像数据进行准实时正射纠正定位，从而提高应急遥感监测事件的响应速度。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中航空遥感数据机上准实时处理方法的应用环境图；
图2为一个实施例中航空遥感数据机上准实时处理方法的流程示意图；
图3为一个实施例中曝光时间和生成时间的时间轴示意图；
图4为另一个实施例中格网与图像像素点的对应关系的示意图；
图5为一个实施例中航空遥感数据机上准实时处理装置的结构框图；
图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为一个实施例中航空遥感数据机上准实时处理方法的应用环境图。参照图1，该航空遥感数据机上准实时处理方法应用于航空遥感数据处理系统。该航空遥感数据处理系统包括航空相机110、导航定位定向系统120、飞行管理系统130、机载处理系统140、通信系统150和计算机设备160。飞行管理系统130分别与航空相机110、导航定位定向系统120和通信系统160连接，机载处理系统140分别与航空相机110、导航定位定向系统120和通信系统160连接，通信系统150与计算机设备160通过网络连接。其中航空相机110用于采集图像数据，导航定位定向系统120用于采集导航定位定向数据，飞行管理系统130用于导引和监控航空飞机的航行路线，控制相机按照计划定点曝光，机载处理系统140用于对航空飞机中的航空数据进行处理，通信系统150用于和计算机设备160进行通信。其中计算机设备160可以为终端或服务器，终端具体可以是台式终端或移动终端。服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
如图2所示，在一个实施例中，提供了一种航空遥感数据机上准实时处理方法。本实施例主要以该方法应用于上述图1中的机载处理系统140来举例说明。参照图2，该航空遥感数据机上准实时处理方法具体包括如下步骤：
步骤S201，通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据。
在本具体实施例中，图像数据携带曝光时间。
具体地，机载处理器为机载处理系统中用于对数据进行处理的器件。航空相机是指常见的用于搭载在航空飞机上的相机，能够采集航空影像。曝光时间是指图像数据的采集时间，即为相机的拍照时间。
步骤S202，通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据。
在本具体实施例中，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，航空相机的姿态为根据导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得。
步骤S203，根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据。
步骤S204，根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素。
具体地，导航定位定向系统即为POS系统，是通过全球导航卫星系统(GNSS)获取位置数据作为初始值，通过惯导系统(INS)获取速度和姿态变化增量，应用卡尔曼滤波器、反馈误差控制迭代运算，生成实时导航数据。POS系统采集POS数据，其中POS数据包含生成时间、位置数据和姿态数据。
POS系统是根据惯导系统(INS)和全球导航卫星系统(GNSS)获得航空相机的空间位置及姿态信息，为后续航空数据处理提供所需的外方位元素。外方位元素是指用于表征摄影光束在摄影瞬间的空间位置，包括摄影中心在某一空间直角坐标系中的三维坐标值(Xs,Ys,Zs)和确定摄影光束空间方位的3个角定向元素共6个数据。
曝光时间和生成时间的对应关系为预先存储的时间对应关系，根据时间对应关系，确定各幅图像数据对应的POS数据，通过各幅图像数据对应的POS数据确定航空相机数据获取时刻的位置和姿态，根据相机的位置和姿态计算得到对应的该图像数据的外方位元素。
步骤S205，获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。
具体地，数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)。它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。根据DEM数据、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。DEM数据用于表征地面高程的高低，这个数据是已有的已经处理的数据，国际上已经发布了全球的DEM数据，可以采用SRTM DEM数据。
在一个实施例中，在步骤S201之前，还包括：创建图像文件夹，图像文件夹用于存储航空相机拍摄的图像数据，创建导航定位定向数据文件夹，导航定位定向数据文件夹用于接收导航定位定向系统采集的导航定位定向数据。
具体地，图像文件夹是用于存储图像数据的文件，导航定位定向数据文件夹是用于存储导航定位定向系统采集的数据。创建用于存储不同的数据的文件夹，将数据从航空相机和导航定位定向系统中拷贝出来，常见的航空相机中包含有线接口，如USB模块、LAN模块等等，导航定位定向系统中采集的导航定位定向数据可以系统中的网络接口等将数据发送到导航定位定向数据文件夹中，存在在该文件夹中。
在一个实施例中，当监控到图像文件夹中增加了图像数据时，根据增加的图像数据中携带的曝光时间，匹配导航定位定向数据文件夹中的导航定位定向数据，当包含匹配的导航定位定向数据时，保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系。
具体地，实时监控图像文件夹时，当监测到图像文件中新增加了图像数据时，根据图像数据中的曝光时间，对导航定位定向数据文件夹中的导航定位定向数据进行匹配，当曝光时间与任意一个导航定位定向数据生成时间匹配时，将匹配的导航定位定向数据与图像数据进行配对，得到一组包含导航定位定向数据与图像数据的数据，基于曝光时间和生成时间的对应关系，从而确定图像文件名和导航定位定向数据文件名之间的对应关系，保存其对应关系，用于在后续数据处理时，可以直接根据对应关系获取配对的导航定位定向数据和图像数据，从而加快后续的处理效率。
在一个实施例中，当未包含匹配的导航定位定向数据时，丢弃增加的图像数据。
具体地，当未在导航定位定向数据文件中查找生成时间与增加的图像数据的曝光时间在预设时间差值范围的导航定位定向数据时，表示导航定位定向数据丢失，则可以舍弃增加的图像数据，从而提升数据处理效率，避免对无效数据进行处理，带来的时间消耗。
在一个实施例中，通过时间差值确定图像数据与导航定位定向数据之间的匹配关系。判断增加的图像数据中携带的曝光时间，与各个导航定位定向数据的生成时间之间的差值是否在预设时间差值范围内，将在预设时间差值范围内的导航定位定向数据，作为增加的图像数据匹配的导航定位定向数据，保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系。
具体地，在导航定位定向数据文件中查找导航定位定向数据的生成时间与曝光时间之间的时间差值在预设时间差值范围内的导航定位定向数据，将查找到的导航定位定向数据作为与增加的图像数据匹配的数据。保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系。其中预设时间差值范围可以自定义，如定义在0.5秒、1.0秒等等，也可以是根据预设规则对各个图像数据的曝光时间与各个导航定位定向数据的生成时间的时间差值进行计算得到的。由于导航定位定向数据是在相机曝光的同时，由曝光中脉冲触发生成的，两个数据的生成时间是非常相近的，通过时间差值能够较为准确的对数据进行匹配，避免数据匹配出错带来的后续数据处理错误。
在一个实施例中，当两者时间基准不一致时，确定预设时间差值范围包括：获取航空相机拍摄的多个已生成的图像数据，获取导航定位定向系统采集的多个已生成的导航定位定向数据，按照多个预设匹配规则，计算各个已生成的图像数据的曝光时间和匹配的已生成的导航定位定向数据的生成时间的方差，根据方差最小原则确定目标匹配条件，根据目标匹配条件对应的时间差值的均值确定预设时间差值范围。
具体地，通过已经采集的多个已生成的图像数据和多个已生成的导航定位定向数据，根据已生成的图像数据的曝光时间和已生成的导航定位定向数据的生成时间，按照各个预设匹配规则对已生成的图像数据和已生成的导航定位定向数据进行配对，得到多组匹配的已生成的图像数据和对应的已生成的导航定位定向数据，计算各组匹配的已生成的图像数据和已生成的导航定位定向数据的时间差值，每一组的时间差值，计算按照预设匹配规则匹配后已生成的图像数据和已生成的导航定位定向数据的方差，从各个预设匹配规则中选择出方差最小的预设匹配规则，作为目标匹配规则，根据目标匹配规则对应的每一组的时间差值确定预设时间差值范围。
在一个实施例中，步骤S205，包括：根据图像数据、数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数，计算得到与图像数据对应的地面覆盖区域的最小外接矩形和对应的角点坐标，获取地面采样分辨率，根据地面采样分辨率和角点坐标对最小外接矩形进行采样，得到包含多个规则格网的最小外接矩形和格网坐标，根据图像数据、数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和格网坐标，计算各个规则格网对应的图像数据的图像坐标，采用各个规则格网对应的图像坐标的像素值填充最小外接矩形对应的各个规则格网，得到包含格网坐标的纠正图像，格网坐标为位置信息。
具体地，根据图像数据的图像边缘点坐标、数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数，计算得到与图像数据对应的地面覆盖区域，也就是根据相机的中心投影原理，即共线方程，计算得到与图像数据对应的地面覆盖区域的最小外接矩形和角点坐标。地面采样分辨率是用于对构建的最小外接矩形进行采样的。对构建的最小外接矩形进行采样，采样是指按照采样分辨率对最小外接矩形区域进行类棋盘划分，得到一个包含规则格网的最小外接矩形。根据摄影测量共线方程计算各个格网点对应的图像数据上的图像坐标，由于计算过程中数据为浮点型数据，得到的图像坐标不是整数，此时需要对图像数据进行插值，以使各个规则格网与图像数据的像素点实现最佳对应，根据内插的像素值对最小外接矩形的各个格网进行填充，得到填充了像素值的最小外接矩形，即为纠正图像。基于地面覆盖矩形区域的左上方角点坐标和采样分辨率，即可得到具有每个像素位置信息的纠正图像。
上述航空遥感数据机上准实时处理方法，包括：通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，图像数据携带曝光时间，通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，航空相机的姿态为根据导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得，根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据，根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素，获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。并通过飞机通信系统中的数传装置，将准实时纠正的影像数据，下传到地面分析中心，从而支持遥感应急监测，辅助救灾决策。
在一个具体的实施例中，参考图1，上述航空遥感数据处理系统包括航空相机110、导航定位定向系统120、飞行管理系统130、机载处理系统140、通信系统150和计算机设备160。通过飞行管理系统用于制作飞行作业计划和控制相机基于飞行计划工作，实现定点曝光，获取目标区域影像数据。
将航空相机系统和导航定位定向系统的惯性测量单元(IMU)刚性连接，则导航定位定向系统的姿态和相机系统的姿态经安置角补偿后，则可通过导航定位定向系统的姿态计算得到航空相机的姿态，同时对定位定向系统获得的位置进行偏心分量改正，则获得航空相机的精确位置。
航空相机经飞行管理系统控制后，在目标点进行曝光后，航空相机系统将曝光中脉冲反馈到导航定位定向系统，导航定位定向系统实时内插出当前时刻的位置和姿态信息，经系列变换后得到航空相机的外方位元素；相机拍照后，将相机系统采用USB、LAN通讯方式传输到机载处理系统中或加装WIFI数传系统，传输到机载处理系统中；其中，航空相机采集的到的图像数据可以采用JPEG格式存储，图像数据中携带了拍照时间，即为曝光时间，将图像数据存储到机载处理系统中的图像文件夹下；导航定位定向系统获取了该图像数据的拍照时间，同时将导航定位定向数据，通过蓝牙通讯模块或RS232串口通讯模块，传输到机载处理系统的导航定位定向数据文件夹中，通过时间比对则可以将照片和导航定位定向数据建立对应关系。
自动建立导航定位定向数据文件和图像数据文件的对应关系。两者通过时间来对应；理论上来讲，每次拍照存储一张照片，同时获取一个导航定位定向数据文件，两者通过序号即可一一对应，但是如果系统存在数据丢失时，丢失一个图像数据或者丢失一个POS数据文件，则会导致图像数据文件和导航定位定向数据文件对应错误；为了避免该错误，可有通过对图像数据获取时间和导航定位定向数据获取时间进行比对，由于导航定位定向数据文件的生成时间和图像数据的曝光时间是采用不同的设备进行采集的，不同的设备时间基准不一致，两者之间存在时间系统误差，为防止单张图像比对的误差，可以通过多张照片比对的模式，自动计算时间系统误差，基于此时间系统误差，对时间系统误差补偿后，进行导航定位定向数据文件和图像数据文件对应。
在一个实施例中，通过将导航定位定向数据文件和图像数据文件的获取时间序列，通过时间轴表示，参照图3，图中包含图像数据获取时间的时间轴020和导航定位定向数据文件的获取时间的时间轴040，将所有的图像数据获取时间，构成一个一维数组，将所有导航定位定向数据文件的时间构成一个一维数组，对两个一维数组进行匹配处理，将两者的时间进行相减，当两者的时间差值的方差最小时，则为最佳的匹配方案。将最佳匹配方案的各个匹配的导航定位定向数据和图像数据的时间差值的均值作为导航定位定向数据文件和图像数据文件的时间系统差；对后续的图像数据，以此时间系统差作为约束，通过给定的阈可以匹配出其对应的导航定位定向数据文件；依此方式，当导航定位定向数据丢失时，则不对该图像数据进行处理；从而避免图像数据文件和导航定位定向数据文件按照序号方式的对应错误。
运行机载处理系统上的数据处理程序，数据处理程序从导航定位定向数据文件夹和图像文件夹自动读取导航定位定向数据和图像数据，并进行对应。同时根据导航定位定向数据的经纬度位置，读取对应的DEM数据，经正射纠正算法处理后，输出该幅图像的纠正数据到指定文件夹下。
数据处理程序全自动搜索导航定位定向数据文件夹和图像文件夹，当具有新图像和导航定位定向数据时，则进行自动处理，并记录处理后的文件名，防止重复处理；每张图像处理完成后，会重新更新导航定位定向数据数据文件夹和图像文件夹文件列表，将最新的导航定位定向数据文件和图像数据文件加入待处理列表，从而保证动态的对文件夹进行管理，即只要具有匹配的导航定位定向数据和图像数据流，则自动纠正程序一直会进行处理；当对应的数据处理完成后，数据处理程序会进入等待状态，当数据到来后，又重新进行自动处理逻辑，从而不需要人工干预，全自动工作，完成全自动机上正射纠正处理，正射纠正处理的数据处理流程，如下：
正射纠正就是要消除地形投影差的影响，将中心投影照片，转换成正射投影影像；并确定正射影像的左上角坐标，及采样间距(采样分辨率)，从而可以获得整张影像的全部坐标；首先通过共线方程(其变形形式)将图像边缘点投影到地面，获取图像边缘点的地理坐标，其共线方程如式(1)所示：
Figure GDA0003220375720000131
其中，Xs，Ys，Zs为导航定位定向系统获取相机曝光时刻的影像外方位线元素，X和Y为DEM数据中的地面坐标，x和y为图像数据的图像坐标，a1，a2，...，b1，...，c3为外方位角元素构成的旋转矩阵
Figure GDA0003220375720000132
中的元素，当以ω，
Figure GDA0003220375720000133
κ转角系统时，旋转矩阵如式(2)所示：
Figure GDA0003220375720000141
求解影像边缘对应的地面覆盖范围多边形，获得该范围多边形的最小外接矩形，将此外接矩形按照给定的地面采样分辨率，进行虚拟采样，获取矩形内的各个规则格网采样点的地面坐标，而后通过如下公式(3)的共线方程，计算各个规则格网采样点对应的像点坐标。
Figure GDA0003220375720000142
将像点坐标x，y除以影像像元的物理尺寸大小，即可获得以行列数表达的位置，依次对所有格网点处理，从而可以将整个地面矩形格网点和对应的像点行列数构成映射关系矩阵；基于此映射矩阵，即可对原始影像重采样，采样算法可以采用最邻近、双线性或者三次卷积等，从而获得纠正后的正射影像。
映射关系矩阵可以通过如下方式表达：规则格网对应矩阵中存储了其对应的原始影像浮点型的行列号，该浮点型的行列号是进行重采样的基础，几何映射关系的示意图可以通过图4来表示，图中的060表示虚拟的地面矩形规则格网，每个格网代表一个像素点，图中的080表示图像数据，每个格子代表一个像素点，在地面矩形060中的任意一个网格点映射到图像数据080上时，不会精确对应图像中的一个像素，采用内插算法计算得到与地面矩形060中的各个网格点对应的像素值，将图像数据中计算得到的像素值填充至地面矩形060中对应的格网点中，当映射的图像行列数大于影像范围时，填充像素值以0值来表示，得到包含地理位置的地面矩形060图像。060图像即为得到的正射纠正后的影像，影像中带有位置信息，影像上的各个像素点可以计算出绝对的地理坐标位置。
通过通信系统将机载处理器系统中处理的数据发送至地面的其他计算机设备。则可将实时处理后的纠正的图像数据发送到地面监控中心，从而可以在地面处理和解译分析定位后的图像数据，为后续的决策支持提供数据基础。
图2为一个实施例中航空遥感数据机上准实时处理方法的流程示意图。图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示。图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行可以并行。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种航空遥感数据机上准实时处理装置200，包括：
图像数据监控模块201，用于通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，图像数据携带曝光时间。
导航定位定向数据监控模块202，用于通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，航空相机的姿态为根据导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得。
数据查找模块203，用于根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据。
外方位元素计算模块204，用于根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素。
图像纠正定位计算模块205，用于获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。
在一个实施例中，航空遥感数据机上准实时处理装置，还包括：
文件夹创建模块，用于创建图像文件夹，图像文件夹用于存储航空相机拍摄的图像数据，创建导航定位定向数据文件夹，导航定位定向数据文件夹用于接收导航定位定向系统采集的导航定位定向数据。
在一个实施例中，航空遥感数据机上准实时处理装置，还包括：
图像数据监控模块还用于当监控到图像文件夹中增加了图像数据时。
匹配模块，用于根据增加的图像数据中携带的曝光时间，匹配导航定位定向数据文件夹中的导航定位定向数据；
数据存储模块，用于当包含匹配的导航定位定向数据时，保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系。
在一个实施例中，匹配模块还用于判断增加的图像数据中携带的曝光时间，与各个导航定位定向数据的生成时间之间的差值是否在预设时间差值范围内。
数据存储模块还用于将在预设时间差值范围内的导航定位定向数据，作为增加的图像数据匹配的导航定位定向数据，保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系。
在一个实施例中，航空遥感数据机上准实时处理装置，还包括：
数据丢弃模块，用于当未包含匹配的导航定位定向数据时，丢弃增加的图像数据。
在一个实施例中，航空遥感数据机上准实时处理装置，还包括：
预设时间差值范围计算模块，用于获取航空相机拍摄的多个已生成的图像数据，获取导航定位定向系统采集的多个已生成的导航定位定向数据，按照多个预设匹配规则，计算各个已生成的图像数据的曝光时间和匹配的已生成的导航定位定向数据的生成时间的方差，根据方差最小原则确定目标匹配条件，根据目标匹配条件对应的时间差值的均值确定预设时间差值范围。
在一个实施例中，图像纠正定位计算模块还用于根据图像数据、数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数，计算得到与图像数据对应的地面覆盖区域的最小外接矩形和对应的角点坐标，获取地面采样分辨率，根据地面采样分辨率和角点坐标对最小外接矩形进行采样，得到包含多个规则格网的最小外接矩形和格网坐标，根据图像数据、数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和各个格网坐标，计算各个规则格网对应的图像数据的图像坐标，采用各个格网对应的图像坐标的像素值填充最小外接矩形中对应的各个格网，得到填充后的最小外接矩形，格网坐标为位置信息。
图6示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是图1中的机载处理系统140的搭载设备。如图6所示，该设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现航空遥感数据机上准实时处理方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行航空遥感数据机上准实时处理方法。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，本申请提供的航空遥感数据机上准实时处理装置可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图6所示的计算机设备上运行。计算机设备的存储器中可存储组成该航空遥感数据机上准实时处理装置的各个程序模块，比如，图5所示的图像数据监控模块201、导航定位定向数据监控模块202、数据查找模块203、外方位元素计算模块204和图像纠正定位计算模块205。各个程序模块构成的计算机程序使得处理器执行本说明书中描述的本申请各个实施例的航空遥感数据机上准实时处理方法中的步骤。
例如，图6所示的计算机设备可以通过如图5所示的航空遥感数据机上准实时处理装置中的图像数据监控模块201执行通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，图像数据携带曝光时间。计算机设备可通过导航定位定向数据监控模块202执行通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，航空相机的姿态为根据导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得。计算机设备可通过数据查找模块203执行根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据。计算机设备可通过外方位元素计算模块204执行根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素。计算机设备可通过图像纠正定位计算模块205执行用于获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，图像数据携带曝光时间，通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，航空相机的姿态为根据导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得，根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据，根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素，获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。
在一个实施例中，通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据之前，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：创建图像文件夹，图像文件夹用于存储航空相机拍摄的图像数据，创建导航定位定向数据文件夹，导航定位定向数据文件夹用于接收导航定位定向系统采集的导航定位定向数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：当监控到图像文件夹中增加了图像数据时，根据增加的图像数据中携带的曝光时间，匹配导航定位定向数据文件夹中的导航定位定向数据，当包含匹配的导航定位定向数据时，保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系。
在一个实施例中，根据增加的图像数据中携带的曝光时间，匹配导航定位定向数据文件夹中的导航定位定向数据，当包含匹配的导航定位定向数据时，保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系，包括：判断增加的图像数据中携带的曝光时间，与各个导航定位定向数据的生成时间之间的差值是否在预设时间差值范围内，将在预设时间差值范围内的导航定位定向数据，作为增加的图像数据匹配的导航定位定向数据，保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：当未包含匹配的导航定位定向数据时，丢弃增加的图像数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取航空相机拍摄的多个已生成的图像数据，获取导航定位定向系统采集的多个已生成的导航定位定向数据，按照多个预设匹配规则，计算各个已生成的图像数据的曝光时间和匹配的已生成的导航定位定向数据的生成时间的方差，根据方差最小原则确定目标匹配条件，根据目标匹配条件对应的时间差值的均值确定预设时间差值范围。
在一个实施例中，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到图像数据对应的定位信息，包括：根据图像数据、数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数，计算得到与图像数据对应的地面覆盖区域的最小外接矩形和对应的角点坐标，获取地面采样分辨率，根据地面采样分辨率和角点坐标对最小外接矩形进行采样，得到包含多个规则格网的最小外接矩形和格网坐标，根据图像数据、数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和各个格网坐标，计算各个规则格网对应的图像数据的图像坐标，采用各个格网对应的图像坐标的像素值填充最小外接矩形中对应的各个格网，得到填充后的最小外接矩形，格网坐标为位置信息。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，图像数据携带曝光时间，通过机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，航空相机的姿态为根据导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得，根据曝光时间和生成时间的对应关系，获取与图像数据对应的导航定位定向数据，根据生成时间、位置数据和姿态数据，计算得到在生成时间时航空相机的外方位元素，获取数字高程模型，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。
在一个实施例中，通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据之前，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：创建图像文件夹，图像文件夹用于存储航空相机拍摄的图像数据，创建导航定位定向数据文件夹，导航定位定向数据文件夹用于接收导航定位定向系统采集的导航定位定向数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：当监控到图像文件夹中增加了图像数据时，根据增加的图像数据中携带的曝光时间，匹配导航定位定向数据文件夹中的导航定位定向数据，当包含匹配的导航定位定向数据时，保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系。
在一个实施例中，根据增加的图像数据中携带的曝光时间，匹配导航定位定向数据文件夹中的导航定位定向数据，当包含匹配的导航定位定向数据时，保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系，包括：判断增加的图像数据中携带的曝光时间，与各个导航定位定向数据的生成时间之间的差值是否在预设时间差值范围内，将在预设时间差值范围内的导航定位定向数据，作为增加的图像数据匹配的导航定位定向数据，保存增加的图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：当未包含匹配的导航定位定向数据时，丢弃增加的图像数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取航空相机拍摄的多个已生成的图像数据，获取导航定位定向系统采集的多个已生成的导航定位定向数据，按照多个预设匹配规则，计算各个已生成的图像数据的曝光时间和匹配的已生成的导航定位定向数据的生成时间的方差，根据方差最小原则确定目标匹配条件，根据目标匹配条件对应的时间差值的均值确定预设时间差值范围。
在一个实施例中，根据数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和图像数据，计算得到图像数据对应的定位信息，包括：根据图像数据、数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数，计算得到与图像数据对应的地面覆盖区域的最小外接矩形和对应的角点坐标，获取地面采样分辨率，根据地面采样分辨率和角点坐标对最小外接矩形进行采样，得到包含多个规则格网的最小外接矩形和格网坐标，根据图像数据、数字高程模型、外方位元素和航空相机的相机参数和各个格网坐标，计算各个规则格网对应的图像数据的图像坐标，采用各个格网对应的图像坐标的像素值填充最小外接矩形中对应的各个格网，得到填充后的最小外接矩形，格网坐标为位置信息。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种航空遥感数据机上准实时处理方法，其特征在于，所述方法包括：
创建图像文件夹，所述图像文件夹用于存储航空相机拍摄的图像数据；
创建导航定位定向数据文件夹，所述导航定位定向数据文件夹用于接收导航定位定向系统采集的导航定位定向数据；
通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，所述图像数据携带曝光时间；
通过所述机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，所述导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，所述航空相机的姿态为根据所述导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得；
当监控到所述图像文件夹中增加了图像数据时；
根据增加的所述图像数据中携带的曝光时间，匹配所述导航定位定向数据文件夹中的导航定位定向数据；
当包含匹配的导航定位定向数据时，保存增加的所述图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的所述导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系；
根据所述曝光时间和所述生成时间的对应关系，获取与所述图像数据对应的导航定位定向数据；
根据所述生成时间、所述位置数据和所述姿态数据，计算得到在所述生成时间时所述航空相机的外方位元素；
根据所述图像数据、数字高程模型、所述外方位元素和所述航空相机的相机参数，计算得到与所述图像数据对应的地面覆盖区域的最小外接矩形和对应的角点坐标；
获取地面采样分辨率，根据所述地面采样分辨率和所述角点坐标对所述最小外接矩形进行采样，得到包含多个规则格网的最小外接矩形和格网坐标；
根据所述图像数据、所述数字高程模型、所述外方位元素和所述航空相机的相机参数和所述格网坐标，计算各个所述规则格网对应的所述图像数据的图像坐标；
采用各个所述规则格网对应的所述图像坐标的像素值填充所述最小外接矩形对应的各个所述规则格网，得到包含所述格网坐标的纠正图像，所述格网坐标为位置信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据增加的所述图像数据中携带的曝光时间，匹配所述导航定位定向数据文件夹中的导航定位定向数据，当包含匹配的导航定位定向数据时，保存增加的所述图像数据的曝光时间和匹配的所述导航定位定向数据的生成时间对应关系，包括：
判断增加的所述图像数据中携带的曝光时间，与各个所述导航定位定向数据的生成时间之间的差值是否在预设时间差值范围内；
将在所述预设时间差值范围内的所述导航定位定向数据，作为增加的所述图像数据匹配的导航定位定向数据，保存增加的所述图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的所述导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当未包含匹配的导航定位定向数据时，丢弃增加的所述图像数据。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述航空相机拍摄的多个已生成的图像数据；
获取所述导航定位定向系统采集的多个已生成的导航定位定向数据；
按照多个预设匹配规则，计算各个所述已生成的图像数据的曝光时间和匹配的已生成的导航定位定向数据的生成时间的方差；
根据方差最小原则确定目标匹配条件，根据目标匹配条件对应的时间差值的均值确定所述预设时间差值范围。
5.一种航空遥感数据机上准实时处理装置，其特征在于，所述装置包括：
文件夹创建模块，用于创建图像文件夹，所述图像文件夹用于存储航空相机拍摄的图像数据；创建导航定位定向数据文件夹，所述导航定位定向数据文件夹用于接收导航定位定向系统采集的导航定位定向数据；
图像数据监控模块，用于通过机载处理器实时监控航空相机拍摄的图像数据，所述图像数据携带曝光时间；
导航定位定向数据监控模块，用于通过所述机载处理器实时监控导航定位定向系统的导航定位定向数据，所述导航定位定向数据包含生成时间、位置数据和姿态数据，其中，所述航空相机的姿态为根据所述导航定位定向系统的姿态经安置角旋转矩阵补偿运算后获得；
匹配模块，用于当监控到所述图像文件夹中增加了图像数据时；根据增加的所述图像数据中携带的曝光时间，匹配所述导航定位定向数据文件夹中的导航定位定向数据；当包含匹配的导航定位定向数据时，保存增加的所述图像数据的文件名以及曝光时间，和匹配的所述导航定位定向数据的文件名以及生成时间对应关系；
数据查找模块，用于根据所述曝光时间和所述生成时间的对应关系，获取与所述图像数据对应的导航定位定向数据；
外方位元素计算模块，用于根据所述生成时间、所述位置数据和所述姿态数据，计算得到在所述生成时间时所述航空相机的外方位元素；
图像纠正定位计算模块，用于获取数字高程模型，根据所述数字高程模型、所述外方位元素和所述航空相机的相机参数和所述图像数据，计算得到正射纠正后具有位置信息的纠正图像。
6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
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