據(jù)國(guó)家航天局宣布，2016年4月厄瓜多爾地震后，厄瓜多爾請(qǐng)求中國(guó)提供地震信息，在接到請(qǐng)求后，國(guó)家航天局緊急調(diào)動(dòng)高分二號(hào)衛(wèi)星對(duì)厄瓜多爾受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，獲取了受災(zāi)地區(qū)影像圖。影像圖圖像清晰，層次分明，清晰反映了震區(qū)受災(zāi)情況，為厄瓜多爾及時(shí)掌握災(zāi)情，開(kāi)展救援工作提供了信息支持。
這一切的幫助，都得益于近些年我國(guó)深入實(shí)施高分專(zhuān)項(xiàng)。高分專(zhuān)項(xiàng)也被稱為“天眼工程”，自2013年高分一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射以來(lái)，高分二號(hào)、高分四號(hào)、高分三號(hào)等高分系列衛(wèi)星陸續(xù)發(fā)射。這意味著，我國(guó)已經(jīng)形成了一個(gè)相對(duì)全面的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)。
圖 厄瓜多爾震災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)
如此神通廣大的“天眼”，線陣推掃成像方式是獲取高分辨率光學(xué)衛(wèi)星影像的關(guān)鍵。
為了提高光學(xué)影像的空間分辨率，常采用長(zhǎng)焦鏡頭，而長(zhǎng)焦鏡頭會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)視場(chǎng)變窄的問(wèn)題，為了增加觀測(cè)視場(chǎng)角，常采用多片CCD（電荷耦合元件）拼接或多臺(tái)相機(jī)同時(shí)觀測(cè)的成像方式。隨著實(shí)時(shí)寬覆蓋獲取衛(wèi)星地面影像需求的增加以及寬視場(chǎng)多相機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、寬視場(chǎng)影像拼接技術(shù)的發(fā)展，多相機(jī)系統(tǒng)在遙感成像領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多。
在利用多臺(tái)相機(jī)同時(shí)推掃觀測(cè)的情況下，每臺(tái)相機(jī)擁有一套獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng)，遵循各自的幾何成像模型，這給后續(xù)的幾何處理帶來(lái)額外的工作。因此，一種既能保證幾何精度又不增加常規(guī)后續(xù)處理工作量的光學(xué)遙感衛(wèi)星多相機(jī)影像拼接方法是實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)智能處理的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
圖 高分二號(hào)衛(wèi)星多相機(jī)系統(tǒng)成像及影像拼接示意圖
近日，武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王密教授團(tuán)隊(duì)，從光學(xué)遙感衛(wèi)星多相機(jī)系統(tǒng)的成像特點(diǎn)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)出發(fā)，提出了一種基于虛擬大相機(jī)的多相機(jī)影像高精度拼接方法。
圖 虛擬大相機(jī)示意圖
利用高分一號(hào)與高分二號(hào)的多相機(jī)影像進(jìn)行拼接實(shí)驗(yàn)，采用基于相機(jī)虛擬化的方法，通過(guò)在多相機(jī)系統(tǒng)中建立無(wú)畸變的虛擬大相機(jī)模型，對(duì)多相機(jī)影像在虛擬大相機(jī)坐標(biāo)系下進(jìn)行中心投影重成像，實(shí)現(xiàn)多相機(jī)的中心投影拼接，在獲得高質(zhì)量的拼接影像的同時(shí)，獲得其高精度的有理函數(shù)模型信息。具體研究成果發(fā)表在光學(xué)學(xué)報(bào)第八期 。
該方法在本體坐標(biāo)系下構(gòu)建一個(gè)覆蓋多相機(jī)全視場(chǎng)、零畸變的虛擬大相機(jī)，通過(guò)虛擬大相機(jī)與各單相機(jī)的幾何成像關(guān)系，得到在虛擬大相機(jī)坐標(biāo)系下的拼接影像，同時(shí)獲得拼接影像的高精度有理函數(shù)模型，為后期處理提供整體寬覆蓋的一級(jí)產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)通過(guò)定性與定量的方法證明，該方法在不同相機(jī)數(shù)量、不同分辨率、不同地形覆蓋的復(fù)雜情況下均能實(shí)現(xiàn)目視無(wú)縫拼接并能保證較好的幾何精度，為后續(xù)系統(tǒng)幾何糾正及幾何精校正等處理奠定了基礎(chǔ)。
研究人員表示后續(xù)將針對(duì)未來(lái)即將發(fā)射的多顆海洋衛(wèi)星上搭載的多相機(jī)成像系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)與分析工作。
武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王密教授團(tuán)隊(duì)合影：右3為王密教授，右2是程宇峰博士。
論文信息：
程宇峰 , 金淑英 , 王密 , 常學(xué)立 , 朱映 . 一種光學(xué)遙感衛(wèi)星多相機(jī)成像系統(tǒng)的高精度影像拼接方法 [J]. 光學(xué)學(xué)報(bào) ,2017,37(8):0828003.
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