基于先验信息的海陆分割方法技术

本发明专利技术提出一种基于先验信息的海陆分割方法。首先构建星上几何成像模型，依次建立影像坐标系、卫星本体坐标系、卫星轨道坐标系、J2000坐标系和WGS84坐标系。通过坐标系间的转换，将影像坐标与地面坐标归一到同一参考系下，得到遥感图像像点对应的经纬度信息。然后构建GIS数据库存储全球海陆信息二值图，基于此先验信息通过经纬度查询得到像点的海陆标志从而剔除陆地区域。本发明专利技术在保证高准确率分割性能的同时进一步降低了算法复杂度，可应用于星上实现。于星上实现。于星上实现。

【技术实现步骤摘要】
基于先验信息的海陆分割方法


[0001]本专利技术涉及遥感图像目标检测识别等智能处理领域，特别涉及一种基于先验信息的海陆分割方法。

技术介绍

[0002]随着卫星遥感载荷分辨率的提高和信息化作战的需求，开展光学遥感图像在轨舰船目标处理在军舰探测、精确制导等军用领域以及海面搜救、渔船监管等民用领域具有极其重要的战略意义。舰船目标只存在于海洋区域中，快速准确的从图像中去除陆地区域，筛选出海洋区域是进行舰船检测的先决条件。
[0003]海洋遥感图像舰船检测识别时，图像中可能存在陆地区域，由于陆地地貌环境的复杂性和地面物体的多样性，使得舰船检测难度大且虚警率高。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于先验信息的海陆分割方法。
[0005]为了达到上述专利技术目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0006]一种基于先验信息的海陆分割方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：获取卫星平台相关参数和成像时刻姿轨信息；
[0008]步骤2：构建几何成像模型，得到图像的经纬度信息；
[0009]步骤3：根据图像的经纬度信息查询海陆数据库得到海陆信息；
[0010]进一步的，所述步骤1具体包括以下内容：
[0011]步骤11：获取像元尺寸、焦距、轨道高度等卫星平台相关参数；
[0012]步骤12：计算每帧图像成像时间。对于推扫式遥感影像，某些卫星并不是每帧影响的成像时间都有更新，需要进行差值求解任一扫拍摄上的像元所对应的摄影时刻t为：
[0013]t＝t
c
+lsp
×
(y
‑
y
c
)
ꢀꢀ
(1)
[0014]式中，t
c
为某拍摄行的成像时间，y
c
为拍摄行的行坐标，lsp为每帧拍摄时间；
[0015]步骤13：获取成像时刻的GNSS位置数据，根据GNSS数据更新频率与相机载荷曝光频率之间的关系进行插值，从而得到卫星任意时刻的位置信息。利用成像前后卫星的n个位置信息及对应时间，通过插值法插出卫星在任一时刻t的位置P
t
。
[0016]步骤14：获取卫星平台姿态信息，根据星敏更新姿态数据(四元数或者欧拉角)的频率和相机载荷曝光频率之间的关系进行插值，从而得到卫星任意时刻的姿态信息。利用成像前后的n个时间的姿态数据值，通过插值法得到任一时刻t的姿态A
t
。
[0017]步骤15：利用相机成像时刻，统一搜索匹配GNSS和姿态数据得到成像时间的姿轨信息。
[0018]进一步的，所述步骤2具体包括以下内容：
[0019]步骤21：构建几何成像定位模型。载荷图像像点、投影中心和地面点满足共线方程，可以得到像点和对应地面点之间的几何关系，几何成像模型表达式如下：
[0020][0021]式中为所测物点在WGS84坐标系下的位置，为GNSS天线相位中心在WGS84坐标系下的位置，为相机的安装矩阵，可由卫星发射前得实验室实验测试得到，为卫星本体到卫星轨道的变转矩阵、为卫星轨道到J2000坐标系的转换矩阵，为J2000坐标系到WGS84坐标系的转换矩阵，λ为缩放因子，为像点的指向向量。
[0022]步骤22：基于几何成像模型，依次建立影像坐标系、卫星本体坐标系、卫星轨道坐标系、J2000坐标系、WGS84坐标系和地理坐标系。如图2所示，通过坐标系间的转换，将影像坐标与地面坐标归一到同一参考系下。
[0023]将输入的影像行列号带入上式中计算该影像坐标在相机本体坐标系下的指向向量，归一化之后转换成指向向量U1，如下式所示：
[0024][0025]步骤23：将相机坐标系下的指向向量U1变换到像点在卫星本体坐标系下的向量U2：
[0026][0027]步骤24：将卫星本体坐标系下的向量U2转换到J2000坐标系下，得到J2000坐标系下的向量U3：
[0028][0029]步骤25：将J2000坐标系下的向量U3转换到WGS84坐标系下，得到WGS84坐标系下的向量U4：
[0030][0031]步骤26：求解像点视线与地球椭球面的交点。如图3所示，假设[X Y Z]为像点对应地面点坐标，[X
s Y
s Z
s
]为地面点成像时刻卫星的摄站位置坐标，λ为比例因子，令：
[0032][0033][0034]根据成像光线与地球椭球的关系，地球上任一点都满足地球椭球方程关系，h为物
点地区的平均高程。则有：
[0035][0036]代入即可得到地面点解算方程，则有：
[0037][0038]解算出比例因子，之后带入原式，即可解算出地面点坐标。
[0039]步骤27：通过WGS84坐标系到地理坐标系之间的转换公式得到图像对应经纬度信息。
[0040]步骤3：根据图像经纬度信息查询海陆数据库得到海陆标识信息；
[0041]进一步的，所述步骤3具体包括以下内容：
[0042]步骤31：构建海陆数据库。在海陆数据库中存储全球海陆信息二值图，“0”(黑色)代表陆地，“1”(白色)代表海洋。根据任务需求选择相应分辨率的GIS数据，并划分GIS图的经度范围和纬度范围。
[0043]步骤32：根据图像经纬度信息查询海陆数据库得到海陆信息。将经纬度坐标(α，β)换算成海陆索引表中的像素坐标(S，T)，再根据像素坐标(S，T)读取海陆标识值，即可获得当前坐标对应的海陆信息。
[0044]本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
[0045]本专利技术基于海陆分割特点和星上硬件架构设计，提出了一种基于先验信息的海陆分割方法，构建星上几何成像模型得到图像经纬度信息，利用经纬度信息查询海陆数据库，得到图像的海陆标识。本专利技术可以实现精准海陆分割，减少冗余数据，降低后续目标检测识别等图像处理难度。
附图说明
[0046]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：
[0047]图1是本专利技术一实施例的基于先验信息的海陆分割方法的流程示意图；
[0048]图2是本专利技术一实施例的基于先验信息的海陆分割方法中几何成像模型坐标系变换示意图；
[0049]图3是本专利技术一实施例的基于先验信息的海陆分割方法中成像光线与地球椭球几何关系模型示意图；
[0050]图4是本专利技术一实施例的基于先验信息的海陆分割方法中经纬度坐标与海陆索引表转换示意图；
[0051]图5是本专利技术一实施例的基于先验信息的海陆分割方法中海陆分割结果示意图。
具体实施方式
[0052]以下将结合本专利技术的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于先验信息的海陆分割方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取卫星平台相关参数和成像时刻姿轨信息；步骤2：基于卫星平台相关参数和成像时刻姿轨信息，构建几何成像模型，得到图像的经纬度信息；步骤3：根据图像的经纬度信息查询海陆数据库得到海陆信息。2.根据权利要求1所述的基于先验信息的海陆分割方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11：获取像元尺寸、焦距和轨道高度的卫星平台相关参数；步骤12：计算每帧图像成像时间；步骤13：获取成像时刻的GNSS位置数据，根据GNSS数据更新频率与相机载荷曝光频率之间的关系进行插值，从而得到卫星任意时刻的位置信息；步骤14：获取卫星平台姿态信息，根据星敏更新姿态数据的频率和相机载荷曝光频率之间的关系进行插值，从而得到卫星任意时刻的姿态信息；步骤15：利用相机成像时刻，统一搜索匹配GNSS和姿态数据得到成像时刻的姿轨信息。3.根据权利要求2所述的基于先验信息的海陆分割方法，其特征在于，所述星敏更新姿态数据为四元数或者欧拉角。4.根据权利要求2所述的基于先验信息的海陆分割方法，其特征在于，步骤2具体包括以下内容：步骤21：基于卫星平台相关参数和成像时刻姿轨信息，构建几何成像定位模型；步骤22：基于几何成像模型，确定定位关键步骤，依次建立影像坐标系、卫星本体坐标系、...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁荣莉，景庄伟，谢宝蓉，邓松峰，张曼，刘艳丽，
申请(专利权)人：上海航天计算机技术研究所，
类型：发明
国别省市：