JPS6041916B2 - Satellite image correction system - Google Patents

Satellite image correction system

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JPS6041916B2
JPS6041916B2 JP11334377A JP11334377A JPS6041916B2 JP S6041916 B2 JPS6041916 B2 JP S6041916B2 JP 11334377 A JP11334377 A JP 11334377A JP 11334377 A JP11334377 A JP 11334377A JP S6041916 B2 JPS6041916 B2 JP S6041916B2
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JP
Japan
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image
satellite
earth
image correction
ship
Prior art date
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JP11334377A
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Japanese (ja)
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JPS5447512A (en
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弘一 本間
文伸 古村
捷二 宮本
廣一 井原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、地球観測衛星が地上に伝送する、地球表面
の画像に含まれる幾何学的ゆがみを、その画像に含まれ
る特徴的な点の位置を用いて、取除く方式に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention removes geometric distortions contained in images of the earth's surface transmitted to the ground by earth observation satellites by using the positions of characteristic points contained in the images. It is related to the method.

衛星から送られてくる地球表面の画像データをそのま
ま画像にすると、衛星の軌道および姿勢のゆらぎ、地球
の回転、地表の曲率などにより、画像は幾何学的にゆが
んだものとなる(第2図a)。
If the image data of the earth's surface sent from a satellite is converted into an image as is, the image will be geometrically distorted due to fluctuations in the satellite's orbit and attitude, the rotation of the earth, the curvature of the earth's surface, etc. (Figure 2) a).

そこで、この画像の幾何学的ゆがみを取除 いて、きち
んとした画像(例えは第2図b)を再生する必要がある
。それらの方式には、大きく分けて2つの方式がある。
第1の方式は、第1図示の如く衛星1と地球2の3次元
的幾何学関係を明らかにし、撮像時の軌道と姿勢角の情
報を受信機3で受信し、この情報を基にして画像補正装
置4で任意の画像データの位置をきちんとした画像上で
求め、画像データを再配置した後磁気テープ5に出力し
、或いは写真6とする方式てある。第2の方式は、衛星
と地球の幾何学モデルを考えることはせず、画像上の特
徴的な点(高速道路の交差点、飛行場の滑走路、岬の先
端など)が、あたかもゴムでできた板の上に描かれてい
るように考え、すべての画像データの位置を特徴点の移
動に合わせて移動させる方式である。 本方式によるひ
ずみの補正のようすを第3図に示す。
Therefore, it is necessary to remove the geometric distortion of this image and reproduce a proper image (for example, Figure 2b). These methods can be roughly divided into two types.
The first method is to clarify the three-dimensional geometric relationship between the satellite 1 and the earth 2 as shown in the first diagram, receive information on the orbit and attitude angle at the time of imaging with the receiver 3, and based on this information, The image correcting device 4 determines the position of arbitrary image data on a proper image, rearranges the image data, and then outputs it to a magnetic tape 5 or makes it into a photograph 6. The second method does not consider a geometric model of the satellite and the Earth, and instead makes characteristic points on the image (highway intersections, airport runways, the tips of capes, etc.) appear as if they were made of rubber. This method considers it as if it were drawn on a board, and moves the position of all image data in accordance with the movement of the feature points. Figure 3 shows how distortion is corrected using this method.

特徴点としては、岬の先端などが選ばれている。同図に
おいて7は衛星画像上の特徴点、8は特徴点の正しい位
置、9は補正前の画像、10’は補正後の画像である。
第2の方式においては、画像上で特徴的な点を見つけ出
せることが、画像補正の必要条件となる。また、第1の
方式においても補正を精度良く行なうために、画像上の
特徴的な点の位置情報を利用して、逆算により衛星の軌
道・姿勢を推定する必要が生する。以上のように、衛星
から送られてくる画像の幾何学的ゆがみを取りのぞいて
、きちんとした画像を再生するためには、地球上での緯
度経度がわかつている特徴的な点を衛星画像上で見いだ
さねばならない。
The tip of the cape was selected as a characteristic point. In the figure, 7 is a feature point on the satellite image, 8 is the correct position of the feature point, 9 is an image before correction, and 10' is an image after correction.
In the second method, finding characteristic points on an image is a necessary condition for image correction. Also, in the first method, in order to perform the correction with high accuracy, it is necessary to estimate the orbit and attitude of the satellite by back calculation using the position information of characteristic points on the image. As mentioned above, in order to remove the geometric distortion of images sent from satellites and reproduce them properly, it is necessary to place characteristic points on the satellite image whose latitude and longitude are known. must be found.

しかし、従来の衛星画像補正方式においては、利用する
画像上の特徴点が地上で静止している地形・構造物に限
られていたため、それらを見いだせない海洋上などでは
、衛星画像の正確な補正を行なうことはできなかつた。
本発明は、海域、砂漠などの特徴的な地形・構造物を見
いだせない地域における、衛星画像の幾何学的ゆがみの
補正を目的とする。
However, in conventional satellite image correction methods, the feature points on images used are limited to topography and structures that are stationary on the ground. It was not possible to do so.
The present invention aims to correct geometric distortions in satellite images in areas where characteristic topography and structures cannot be found, such as ocean areas and deserts.

本発明による、衛星画像補正システムは、地表を移動す
る特徴的な物体の地球上での位置座標を測定し、該座標
を画像補正装置に伝送し、まさに衛星画像を撮像した瞬
間の該特徴的物体の位置を求め、該位置座標と衛星画像
上での位置物体の位置のすれを用いて、該衛星画像に含
まれるゆがみを取除く衛星画像補正システムである。
The satellite image correction system according to the present invention measures the position coordinates on the earth of a characteristic object moving on the earth's surface, transmits the coordinates to an image correction device, and measures the position coordinates of a characteristic object moving on the earth's surface, transmits the coordinates to an image correction device, and measures the position coordinates of a characteristic object moving on the earth's surface. This is a satellite image correction system that determines the position of an object and removes distortion included in the satellite image by using the position coordinates and the deviation of the position of the object on the satellite image.

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

ます、実施例の概略を第5図を用いて説明する。第5図
は、画像中の大型船舶の位置の情報を利用して、海洋の
衛星画像のゆがみを補正するシステムの構成を示したも
のである。本発明による実施例が、第1図に示される従
来の画像補正システムと異なる点は、正確な位置座標を
知ることのできる位置測定装置13を積載した船舶が、
画像補正システムに組込まれた点である。さらに、船舶
11から送信してくるこれらの位置座標を受信するアン
テナと、画像補正装置に位置座標データを送るための回
線設備があることも、従来の画像補正システムと異なる
点である。次に、実施例におけるデータの流れを説明す
る。
First, the outline of the embodiment will be explained using FIG. 5. FIG. 5 shows the configuration of a system that corrects distortions in ocean satellite images using information on the position of large ships in the image. The embodiment of the present invention is different from the conventional image correction system shown in FIG.
This feature is incorporated into the image correction system. Furthermore, the present invention differs from conventional image correction systems in that it includes an antenna for receiving these position coordinates transmitted from the ship 11 and a line facility for sending the position coordinate data to the image correction device. Next, the flow of data in the embodiment will be explained.

地球観測衛星1は、地球2を回転しつつ、あるいは1点
に静止しつつ地表を撮像する。得られた画像データは、
実時間で地上に伝送される。地上では、画像データ受信
装置3がこの信号をとら−え、信号波形整形した後、画
像補正装置4に送る。一方、海洋を航行中の船舶11の
位置座標は、船舶位置測定装置13により、一定時間ご
とに測定され、船舶位置送信装置12により、地上に送
信される。地上の受信装置18は、回線を通じて船舶位
置データを画像補正装置4に送信する。ここで、船舶位
置測定装置13について説明する。
The earth observation satellite 1 images the earth's surface while rotating the earth 2 or while remaining stationary at one point. The obtained image data is
Transmitted to the ground in real time. On the ground, the image data receiving device 3 captures this signal, shapes the signal waveform, and then sends it to the image correction device 4. On the other hand, the position coordinates of the ship 11 navigating the ocean are measured by the ship position measuring device 13 at regular intervals, and transmitted to the ground by the ship position transmitting device 12. The receiving device 18 on the ground transmits the ship position data to the image correction device 4 through a line. Here, the ship position measuring device 13 will be explained.

船舶位置の測定は、例えば海軍航行衛星システム(NN
SSNavyNavigatiOnSatelllte
System)と呼ばれる衛星システムを利用して行な
うことができる。船舶位置測定の原理を、第6図、第7
図により説明する。米国海軍航行衛星1・4には、きわ
めて安定な水晶発振器が塔載されており、常時一定の周
波数の電波を送信している。また、衛星14は一定時間
ごとに衛星の軌道に関するデータも送信している。船舶
11は、電波受信装置15、軌道データ解読装置16、
ドップラ偏移解析装置17を積載している。衛星からの
電波は、受信装置15で受信され、その周波数は精密に
測定される。いま、衛星14からの送信周波数と受信周
波数の差Δfを、衛星通過時に測定しプロットしてみる
と、その変化は第7図のようになる。Δfはドップラ効
果により、衛星14の接近中は正の値を持ち、遠ざかる
ときには、負の値を持つ。衛星14が受信装置15に最
も近づいたときΔfは0となり、その変化率は最大とな
る。このときの時刻T。は精密に測定でき、また衛星軌
道は軌道データ解読装置16により知ることができるの
で、地球上での船舶(受信装置)の位置座標は、解析装
置17による解析で求めることができる。以上のように
例えば米国海軍航行衛星システム(NNSS)を利用す
れば、航行衛星が上空を通過する一定時間ごとの船舶の
位置を測定することができる。一定時間ごとの船舶位置
Xl,X2,・・・は、画像補正装置4の記憶装置19
に、次々に記録される。
Measurement of ship position can be carried out, for example, using the Naval Navigation Satellite System (NN).
SSNaviNavigatiOnSatellite
This can be done using a satellite system called ``System''. The principles of ship position measurement are shown in Figures 6 and 7.
This will be explained using figures. The US Navy Navigation Satellites 1 and 4 are equipped with extremely stable crystal oscillators, which constantly transmit radio waves at a constant frequency. The satellite 14 also transmits data regarding the satellite's orbit at regular intervals. The ship 11 includes a radio wave receiving device 15, an orbit data decoding device 16,
A Doppler shift analysis device 17 is loaded. Radio waves from the satellite are received by a receiving device 15, and their frequencies are precisely measured. If the difference Δf between the transmission frequency and the reception frequency from the satellite 14 is measured and plotted when the satellite passes by, the change will be as shown in FIG. 7. Due to the Doppler effect, Δf has a positive value when the satellite 14 is approaching, and has a negative value when it is moving away. When the satellite 14 comes closest to the receiving device 15, Δf becomes 0, and its rate of change becomes maximum. Time T at this time. can be precisely measured and the satellite orbit can be known by the orbit data decoding device 16, so the position coordinates of the ship (receiving device) on the earth can be determined by analysis by the analyzing device 17. As described above, for example, by using the US Naval Navigation Satellite System (NNSS), it is possible to measure the position of a ship at regular intervals when the navigation satellite passes over the sky. Ship positions Xl, X2, . . . at fixed time intervals are stored in the storage device 19 of the image correction device 4.
are recorded one after another.

これらの値を時間tの連読的な関数x(t)で内挿し、
画像を撮像した時刻TにおけるX(T)を求める。内挿
のための関数としては、例えば時間tの多項式、X(t
)=XO+X1・t+・・・+Xn−Tnを用いること
ができる。
Interpolate these values with a continuous reading function x(t) at time t,
Find X(T) at time T when the image was captured. As a function for interpolation, for example, a polynomial of time t, X(t
)=XO+X1·t+...+Xn-Tn can be used.

以上の演算は、画像に含まれる海域を航行する複数の船
舶(第4図11)について行なわれる。一端このような
位置座標が求められれば、それらの位置座標は、従来の
静止した特徴点の位置座標とまつたく同じ役割を果す。
海洋画像の幾何学的ゆがみは、これらの船舶11の位置
情報を用いて、従来の方式により補正することができる
。すなわち、ゆがんでいる画像中の船舶11の位置と、
船舶11の位置測定装置13による正しい位置のずれの
方向および大きさから逆に衛星1の姿勢・軌道を推定し
、衛星1と地球2の3次元空間上での幾何学関係を求め
る。このとき、画像中の船舶の位置は、画像データの強
度がある閾値を越える地点を探索すれば見つけることが
でき、相関関数を用いる地上の特徴点の位置決めに比べ
て、はなはだ簡単である。衛星1と地球2の幾何学関係
がわかれば、任意の画像データの正確な位置をきちんと
した座標系で求めることができるので、あとは画像デー
タの再配置を行なえばよい。前記実施例の船舶11の代
わりに、移動物体として巨大な気球、航空機等を用いる
ことも考えられるが、その楊合には物体の高度も測定す
る必要がある。
The above calculations are performed for a plurality of ships (FIG. 4, 11) navigating in the sea area included in the image. Once such positional coordinates are determined, these positional coordinates play exactly the same role as the conventional positional coordinates of stationary feature points.
Geometric distortion of the ocean image can be corrected using the position information of these ships 11 by a conventional method. That is, the position of the ship 11 in the distorted image,
The attitude and orbit of the satellite 1 are estimated from the direction and magnitude of the correct positional deviation determined by the position measuring device 13 of the ship 11, and the geometrical relationship between the satellite 1 and the earth 2 in three-dimensional space is determined. At this time, the position of the ship in the image can be found by searching for points where the intensity of the image data exceeds a certain threshold, which is much easier than locating feature points on the ground using a correlation function. Once the geometric relationship between the satellite 1 and the earth 2 is known, the exact position of any image data can be determined using a proper coordinate system, and all that is left to do is to rearrange the image data. It is also possible to use a huge balloon, an airplane, etc. as a moving object instead of the ship 11 of the above embodiment, but it is also necessary to measure the altitude of the object when moving the object.

また、前記実施例の船舶位置測定装置として、口ラン(
LORAN)局の電波を利用した測定装置を代用しても
よい。
In addition, as the ship position measuring device of the above embodiment, Kuchiran (
A measurement device that uses radio waves from a LORAN station may be used instead.

以上説明したごとく、本発明によれば、海洋だけが写さ
れているような特徴的地形の存在しない衛星画像でし、
その幾何学的ゆがみをとりのぞくことができる。
As explained above, according to the present invention, satellite images without characteristic topography such as only the ocean can be obtained.
This geometric distortion can be removed.

日本は周囲を海洋に囲まれており、海洋に関する情報を
適確かつ正確につかむことは、経済・環境など社会の多
くの分野において重要である。
Japan is surrounded by the ocean, and obtaining appropriate and accurate information about the ocean is important in many areas of society, including the economy and the environment.

本発明は、これまで不可能であつた、海域の衛星画像の
ひずみ除去方式として効果甚大である。
The present invention is highly effective as a method for removing distortion from satellite images of ocean areas, which has not been possible until now.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来の衛星画像補正システムの構成図、第2
図は、衛星画像のゆがみ補正の意味の模式的画像による
説明図、第3図は、画像中の特徴点を正しい位置に合わ
せることにより、画像全体の補正を行なうことの説明図
、第4図は、本発明を実施したときの、海域の衛星画像
補正の説明図、第5図は、本発明の衛星画像補正システ
ムの構成図、第6図は、本発明実施例て使用する船舶位
置測定装置の構成図、第7図は第6図の説明用)図であ
る。
Figure 1 is a configuration diagram of a conventional satellite image correction system;
The figure is an explanatory diagram using a schematic image of the meaning of satellite image distortion correction. Figure 3 is an explanatory diagram of correcting the entire image by aligning the feature points in the image to the correct position. Figure 4 5 is an explanatory diagram of the satellite image correction of the sea area when the present invention is implemented, FIG. 5 is a configuration diagram of the satellite image correction system of the present invention, and FIG. 6 is a diagram of ship position measurement used in the embodiment of the present invention. FIG. 7 is a block diagram of the apparatus for explaining FIG. 6.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 地球の周囲を回転する衛星に搭載されて地球表面の
画像を撮像する撮像手段により得られた画像データを地
球上で受信し、受信した画像データの幾何学的ゆがみを
取除いて地球表面の補正された画像を再生する衛生画像
補正システムにおいて、地球表面上を移動する所定の物
体について、該物体が撮像された瞬間の地球座標を測定
し、該測定された地球座標値と上記物体の撮像画像上で
の位置情報とを用いて上記画像データの幾何学的ゆがみ
を取除くことを特徴とする衛星画像補正システム。
1. Image data obtained by an imaging means mounted on a satellite rotating around the earth to capture images of the earth's surface is received on earth, and geometric distortions of the received image data are removed to obtain an image of the earth's surface. In a satellite image correction system that reproduces a corrected image, the earth coordinates of a predetermined object moving on the earth's surface at the moment the object was imaged are measured, and the measured earth coordinate values and the image of the object are measured. A satellite image correction system characterized in that geometric distortion of the image data is removed using position information on the image.
JP11334377A 1977-09-22 1977-09-22 Satellite image correction system Expired JPS6041916B2 (en)

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JPS5447512A JPS5447512A (en) 1979-04-14
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2892107B2 (en) * 1990-06-14 1999-05-17 キヤノン株式会社 Image forming device

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