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一阶高斯方向可调滤波器引导的多源卫星遥感影像配准方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第5期49卷 681-690页

作者：王密樊仲藜皮英冬刘玉轩武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 中国测绘科学研究院北京100039

针对多源遥感影像间由于存在显著的非线性辐射差异,导致影像配准困难的问题,提出了一种由一阶高斯方向可调滤波器引导的多源影像配准方法。首先,基于影像自带的几何参考信息,计算出参考影像与待配准影像在像方空间的重叠区域,以参考影... 详细信息

针对多源遥感影像间由于存在显著的非线性辐射差异,导致影像配准困难的问题,提出了一种由一阶高斯方向可调滤波器引导的多源影像配准方法。首先,基于影像自带的几何参考信息,计算出参考影像与待配准影像在像方空间的重叠区域,以参考影像面为基准对重叠区域进行均匀分块,通过有理函数模型和数字高程模型计算对应的待配准影像块,建立仿射变换模型对待配准影像块进行几何校正,实现局部影像间的粗配准;然后,在特征检测方面,构造了分块均匀检查策略改进的抗聚簇加速分割测试特征,获取大量分布均匀的特征点,对于特征描述,构造了一组多尺度、多方向的一阶高斯方向可调滤波器对影像卷积,通过对卷积结果进行池化以实现特征降维,得到多源一致的特征描述;最后,基于最近邻原则进行特征匹配,通过剔除误匹配得到高精度同名点对,进一步基于有理函数模型进行平差计算,校准待配准影像的有理多项式系数并对影像进行几何纠正,实现影像间的精配准。基于多组星载多源遥感影像的实验结果表明,所提方法在多时相光学数据、光学-红外数据上的配准精度优于1像素,在光学-合成孔径雷达数据上的配准精度优于1.5像素;计算效率方面,相比于现有同类方法提高1倍以上。

关键词：多源遥感影像配准方向可调滤波器特征匹配

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珞珈三号01星在轨处理技术及验证

测绘学报 2024年第4期53卷 599-609页

作者：王密郭贝贝皮英冬张致齐肖晶戴荣凡项韶武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 湖北工业大学计算机学院湖北武汉430068 武汉大学计算机学院湖北武汉430072

遥感卫星在轨处理技术是推动遥感技术实现实时智能服务的核心环节。针对星上资源受限环境引起的系列处理难题及遥感数据实时处理与信息提取需求,本文首先构建了任务驱动的卫星遥感数据在轨处理框架,以任务需求为核心并协同星地资源建立... 详细信息

遥感卫星在轨处理技术是推动遥感技术实现实时智能服务的核心环节。针对星上资源受限环境引起的系列处理难题及遥感数据实时处理与信息提取需求,本文首先构建了任务驱动的卫星遥感数据在轨处理框架,以任务需求为核心并协同星地资源建立基于感兴趣区域的星上处理技术体系;然后,面向不同任务层级和应用场景,给出了以位置信息为驱动的基础在轨处理模式、以目标/场景内容和变化事件为驱动的智能处理模式;最后,论述了适配星上资源受限环境的在轨处理关键算法,基于珞珈三号01星星上处理应用程序,验证了典型算法的在轨处理效果。在任务驱动和星地协同机制下,实现了在轨高精度定位、多类型影像产品快速生成、静动态目标信息实时提取及静态和动态影像高倍率近实时压缩。在轨处理显著提高了传统地面处理的效率,能够有效支撑后续卫星遥感实时智能服务。

关键词：在轨处理任务驱动星地协同实时智能服务珞珈三号01星

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Geometric positioning integrating optical satellite stereo imagery and a global database of ICESat-2 laser control points:A framework and key technologies

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Geo-Spatial Information Science 2023年第2期26卷 206-217页

作者： Mi Wang Yu Wei yingdong pi State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying Mapping and Remote SensingWuhan UniversityWuhanChina School of Resource and Environmental Sciences Wuhan UniversityWuhanChina

Block Adjustment(BA)is one of the essential techniques for producing high-precision geospatial 3D data products with optical stereo satellite *** block adjustment with few ground-control points or without ground control,the vertical error of the model is the decisive factor that constrains the accuracy of 3D data *** elevation data obtained by spaceborne laser altimeter have the advantages of short update periods,high positioning precision,and low acquisition cost,providing sufficient data support for improving the elevation accuracy of stereo models through the combined *** paper proposes a geometric positioning model based on the integration of Optical Satellite Stereo Imagery(OSSI)and spaceborne laser altimeter ***,we elaborate the principle and necessity of this work through a literature review of existing ***,the framework of our geo-positioning ***,four key technologies of the proposed model are expounded in order,including the acquisition and management of global Laser Control Points,the association of LCPs and OSSI,the block adjustment model combining LCPs with OSSI,and the accuracy estimation and quality control of the combined ***,the combined BA experiment using Ziyuan-3(ZY-3)OSSI and ICESat-2 laser data was carried out at the testing site in Shandong Province,*** results prove that our method can automatically select LCPs with high *** elevation deviation of the combined BA eventually achieved the Mean Error(ME)of 0.06 m and the Root Mean Square Error(RMSE)of 1.18 m,much lower than the ME of 13.20 m and the RMSE of 3.88 m before the block adjustment.A further research direction will be how to perform more adequate accuracy analysis and quality control using massive laser points as checkpoints.

关键词： Spaceborne laser altimeter ICESat-2 optical stereo imagery ZY-3 combined block adjustment block adjustment without ground control geometric positioning stereo mapping

Large-scale automatic block adjustment from satellite to indoor photogrammetry

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Geo-Spatial Information Science 2023年第2期26卷 160-174页

作者： Deren Li Bo Yang Mi Wang Taiping Wang Yunlong Gao yingdong pi State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying Mapping and Remote SensingWuhan UniversityWuhanChina

Block Adjustment(BA)is a critical procedure in the geometric processing of satellite images,responsible for compensating and correcting the geometric positioning errors of the *** accuracy of the photogrammetric products,including Digital Orthophoto Map(DOM),Digital Elevation Model(DEM),Digital Line Graphic(DLG),and Digital Raster Graphic(DRG),directly depends on the accuracy of BA *** recent years,the rapid development of related technologies such as Artificial Intelligence(AI),Computer Vision(CV),Unmanned Aerial Vehicles(UAVs)and big data has greatly facilitated and transformed the classical BA in *** paper first reviews the current status of BA and then looks into the ***,this paper provides a brief review of the key technologies involved in BA,including image matching,the establishment of adjustment model,the determination of the parameters and the detection of gross ***,taking the intercross and fusion of current technologies such as AI,cloud computing and big data with photogrammetry into account,this paper explores the future trends of ***,four typical cases of large-scale adjustment are introduced,including large-scale BA without Ground Control Points(GCPs)for optical stereo satellite images,large-scale BA with laser altimetry data for optical stereo satellite images,large-scale BA for UAV oblique photogrammetry,and large-scale BA for indoor photogrammetry in caves with a large number of close-range images.

关键词： Block Adjustment(BA) large-scale image matching control points review

On-orbit Geometric Calibration of Linear Push-broom Optical Satellite Based on Sparse GCPs

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Journal of Geodesy and Geoinformation Science 2020年第1期3卷 64-75页

作者： yingdong pi Baorong XIE Bo YANG Yiling ZHANG Xin LI Mi WANG School of Remote Sensing and Information Engineering Wuhan UniversityWuhan 430072China Shanghai Aerospace Electronic Technology Research Institute Shanghai 201109China State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying Mapping and Remote SensingWuhan UniversityWuhan 430079China Collaborative Innovation Center Of Geospatial Technology Wuhan 430079China

The paper presents a geometric calibration method based on the sparse ground control points (GCPs), aiming to the linear push-broom optical satellite. This method can achieve the optimal estimate of internal and external parameters with two overlapped image pair along the charge-coupled device (CCD), and sparse GCPs in the image region, further get rid of the dependence on the expensive calibration site data. With the calibrated parameters, the line of sight (LOS) of all CCD detectors can be recovered. This paper firstly establishes the rigorous imaging model of linear push-broom optical satellite based on its imaging mechanism. And then the calibration model is constructed by improving the internal sensor model with a viewing-angle model after an analysis on systematic errors existing in the imaging model is performed. A step-wise solution is applied aiming to the optimal estimate of external and internal parameters. At last, we conduct a set of experiments on the ZY-3 NAD camera and verify the accuracy and effectiveness of the presented method by comparison.

关键词： optical satellite on-orbit geometric calibration overlapped image pair sparse GCPs viewing-angle

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仅用虚拟控制点的超大区域无控制区域网平差

测绘学报 2017年第7期46卷 874-881页

作者：杨博王密皮英冬武汉大学计算机学院湖北武汉430072 地球空间信息协同创新中心湖北武汉430079 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430072

利用光学卫星影像进行无控制测图是摄影测量追求的目标。针对超大区域无控制测图的需求,本文提出了一种以单景影像为平差单元,基于虚拟控制点的光学卫星影像超大规模无控制区域网平差方法。该方法利用待平差影像的初始RPC模型生成虚拟... 详细信息

利用光学卫星影像进行无控制测图是摄影测量追求的目标。针对超大区域无控制测图的需求,本文提出了一种以单景影像为平差单元,基于虚拟控制点的光学卫星影像超大规模无控制区域网平差方法。该方法利用待平差影像的初始RPC模型生成虚拟控制点,并将其作为带权观测值引入平差模型中以改善平差模型的状态,克服了在无控制点条件下平差精度不稳定、误差过度累积引起的网的扭曲变形等问题。为了验证本方法的有效性和精度,利用资源三号卫星获取的覆盖全国的26 406景影像进行区域网平差试验,并利用全国范围内分布的约8000个高精度控制点对平差后自动生产的DOM和DSM产品的几何精度进行验证。试验结果表明,平面和高程中误差均达到了4m以内,同时,区域网内部相邻影像之间的几何拼接精度优于1个像素,满足无缝拼接的要求。

关键词：资源三号 RFM 区域网平差光学影像虚拟控制点

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基于三维控制场的鱼眼影像检校和纠正方法

光学学报 2017年第1期37卷 216-224页

作者：皮英冬李欣陈智勇汪宏晨武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430072 武汉大学科学技术发展研究院湖北武汉430072

视场在180°左右的鱼眼影像的变形主要包括由镜头球形结构引起的变形和光学畸变,针对这两种畸变提出一种基于三维控制场的分步检校方法,该方法基于直接线性变换(DLT)建立像方空间与物方空间的对应关系模型,结合球面透视模型迭代解算与... 详细信息

视场在180°左右的鱼眼影像的变形主要包括由镜头球形结构引起的变形和光学畸变,针对这两种畸变提出一种基于三维控制场的分步检校方法,该方法基于直接线性变换(DLT)建立像方空间与物方空间的对应关系模型,结合球面透视模型迭代解算与鱼眼结构有关的变换半径,在第一步检校结果的基础上建立影像的畸变模型,并将该模型引入到DLT中对光学畸变参数进行检校,利用第二步检校的结果对影像进行再纠正,解决了鱼眼影像严重的畸变问题,并通过实验验证了该方法的有效性及精度。

关键词：机器视觉相机检校鱼眼影像直接线性变换球面模型畸变模型

基于有理多项式模型的高分四号卫星可见光通道面阵成像载荷在轨几何定标

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光学学报 2023年第12期43卷 313-321页

作者：皮英冬王密王思恒赵会杰赵亮武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学资源与环境科学学院湖北武汉430079 中国空间技术研究院北京100094

针对我国首颗静止轨道高分辨率光学遥感卫星高分四号(GF4)的可见光通道面阵成像载荷,基于成像模型中内外方位元素的相关特性,提出一种基于先验有理多项式(RPC)模型的在轨几何定标方法,以地面控制点的真实像点和基于RPC模型计算的虚拟像... 详细信息

针对我国首颗静止轨道高分辨率光学遥感卫星高分四号(GF4)的可见光通道面阵成像载荷,基于成像模型中内外方位元素的相关特性,提出一种基于先验有理多项式(RPC)模型的在轨几何定标方法,以地面控制点的真实像点和基于RPC模型计算的虚拟像点为观测值,在初始的定标参数基础下重建精确的几何定标参数,实现卫星成像载荷系统性几何误差的补偿。本方法完全避免了传统在轨几何定标构建严格几何成像模型中复杂的辅助数据处理和多个成像坐标系统的转换,建模和解算均极为简单,且定标结果可直接应用于基于严格几何成像模型的地面处理系统。通过一组GF4卫星面阵载荷的真实影像数据实验验证了本方法的有效性和模型的合理性,结果表明:本方法可有效补偿成像模型中的系统几何误差,且得到定标结果与基于严格几何成像模型的传统定标方法几乎一致。

关键词：几何光学面阵载荷在轨几何定标有理多项式模型系统几何误差

Automatic Miscalibration Detection and Correction of LiDAR and Camera Using Motion Cues

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2024年第2期37卷 318-329页

作者： Pai Peng Dawei pi Guodong Yin Yan Wang Liwei Xu Jiwei Feng School of Mechanical Engineering Southeast UniversityNanjing 211102China School of Mechanical Engineering Nanjing University of Science and TechnologyNanjing 210014China School of Mechanical and Aerospace Engineering Nanyang Technological UniversitySingaporeSingapore

This paper aims to develop an automatic miscalibration detection and correction framework to maintain accurate calibration of LiDAR and camera for autonomous vehicle after the sensor ***,a monitoring algorithm that can continuously detect the miscalibration in each frame is designed,leveraging the rotational motion each individual sensor ***,as sensor drift occurs,the projection constraints between visual feature points and LiDAR 3-D points are used to compute the scaled camera motion,which is further utilized to align the drifted LiDAR scan with the camera ***,the proposed method is sufficiently compared with two representative approaches in the online experiments with varying levels of random drift,then the method is further extended to the offline calibration experiment and is demonstrated by a comparison with two existing benchmark methods.

关键词： Autonomous vehicle LiDAR and camera Miscalibration detection and correction Sensor drift