高分辨率視頻衛(wèi)星標準產(chǎn)品分級體系
本書主要介紹了國外高分辨率商業(yè)視頻衛(wèi)星的發(fā)展現(xiàn)狀及其相應的視頻產(chǎn)品標準化的現(xiàn)狀。針對大面陣視頻傳感器的特點,結合國內外視頻標準產(chǎn)品分級的優(yōu)缺點,提出了一套適用于高分辨率光學衛(wèi)星的視頻標準產(chǎn)品分級體系,包括0級數(shù)據(jù)、傳感器校正幀序列產(chǎn)品、傳感器校正視頻產(chǎn)品、目標跟蹤監(jiān)視產(chǎn)品、目標變化監(jiān)測產(chǎn)品、超分辨率重建產(chǎn)品和三維重建產(chǎn)品。在此基礎上詳細敘述了各級產(chǎn)品的制作流程。針對這套方案,利用skybox和吉林一號視頻數(shù)據(jù)進行驗證。為便于科研和生產(chǎn)人員實現(xiàn)本書中方案,書中還介紹了衛(wèi)星視頻產(chǎn)品的基本處理算法。
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2013年,美國Skybox Imaging公司發(fā)射了Skysat-1,并于2014年發(fā)射了Skysat-2。加拿大UrtheCast公司將視頻相機安置在國際空間站上。視頻衛(wèi)星可實現(xiàn)對地球表面的秒級連續(xù)監(jiān)測。為了適應不同用戶遙感影像處理能力及對定位精度要求的差異,影像供應商會制作不同處理級別的影像,以供用戶選擇。由于衛(wèi)星設計的差異以及處理方案的不同,各個衛(wèi)星公司的影像產(chǎn)品分級方式差異很大,處理精度各不相同。
本書從星載視頻傳感器特點出發(fā),分析了各種高分辨率衛(wèi)星視頻影像產(chǎn)品分級方案的優(yōu)缺點,基于高分辨率視頻衛(wèi)星影像的特點,針對不同的幾何處理級別,提出了一套影像產(chǎn)品的分級方案。本書提出的高分辨率衛(wèi)星視頻產(chǎn)品分級方案,可為我國自主研制發(fā)射的高分辨率視頻影像分級方案提供借鑒。
全書共6章:第1章介紹國內外高分辨率光學視頻衛(wèi)星的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,介紹常見的國內外高分辨率衛(wèi)星傳感器及其特點;第2章介紹高分辨率光學視頻衛(wèi)星影像產(chǎn)品標準化現(xiàn)狀以及相應的優(yōu)缺點;第3章提出高分辨率光學視頻衛(wèi)星標準產(chǎn)品分級,給出各個產(chǎn)品的定義;第4章給出各個產(chǎn)品的制作流程;第5章利用Skysat和吉林一號視頻衛(wèi)星數(shù)據(jù)對本書提出的分級方案進行驗證,結果表明本書提出的方案是一種可行、通用的方案;第6章介紹星載視頻產(chǎn)品制作所涉及的關鍵算法,用于進一步補充第4章中所用到的技術。
本書的編寫感謝Skybox Imaging、Urthe Cast和長光衛(wèi)星技術有限公司提供的相關衛(wèi)星參數(shù)及衛(wèi)星視頻數(shù)據(jù)支持。
本書的分工為:張過負責本書總體內容框架以及視頻產(chǎn)品分級體系的制定,同時負責編寫第1~3章;在第4~6章中,蔣永華負責傳感器校正、仿真及穩(wěn)像內容,汪韜陽負責三維重建內容,李立濤負責輻射校正內容,吳佳奇負責運動檢測和跟蹤內容,卜麗靜負責超分重建相關內容。
由于作者水平有限,書中難免存在許多不足,敬請各位同人批評、指正!
目錄
第1章 高分辨率視頻衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1
1.1 國外高分辨率視頻衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2 國內高分辨率視頻衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.3 高分辨率視頻衛(wèi)星發(fā)展趨勢 8
第2章 高分辨率視頻衛(wèi)星產(chǎn)品標準化現(xiàn)狀 9
2.1 Skysat產(chǎn)品分級體系 10
2.2 UrtheCast產(chǎn)品分級體系 10
2.3 吉林一號視頻衛(wèi)星產(chǎn)品分級體系 11
第3章 高分辨率視頻衛(wèi)星產(chǎn)品分級概述 13
3.1 0級數(shù)據(jù) 14
3.2 傳感器校正幀序列產(chǎn)品 14
3.3 傳感器校正視頻產(chǎn)品 14
3.4 超分辨率重建產(chǎn)品 14
3.5 動態(tài)變化檢測產(chǎn)品 14
3.6 三維重建產(chǎn)品 14
第4章 高分辨率視頻衛(wèi)星標準產(chǎn)品制作 17
4.1 傳感器校正幀序列產(chǎn)品 18
4.1.1 定義 18
4.1.2 產(chǎn)品制作流程 18
4.1.3 元數(shù)據(jù)內容 21
4.2 傳感器校正視頻產(chǎn)品 29
4.2.1 定義 29
4.2.2 產(chǎn)品制作流程 29
4.2.3 元數(shù)據(jù)內容 29
4.3 超分辨率重建產(chǎn)品 39
4.3.1 定義 39
4.3.2 產(chǎn)品制作流程 39
4.3.3 元數(shù)據(jù)內容 41
4.4 動態(tài)變化檢測產(chǎn)品 48
4.4.1 定義 48
4.4.2 產(chǎn)品制作流程 48
4.4.3 元數(shù)據(jù)內容 49
4.5 三維重建產(chǎn)品 50
4.5.1 定義 50
4.5.2 產(chǎn)品制作流程 51
4.5.3 元數(shù)據(jù)內容 53
第5章 高分辨率視頻衛(wèi)星標準產(chǎn)品體系驗證 57
5.1 仿真驗證 58
5.1.1 試驗數(shù)據(jù) 58
5.1.2 原始視頻幾何模型試驗 58
5.1.3 幀間運動估計試驗 58
5.1.4 穩(wěn)像后衛(wèi)星視頻配準精度試驗 59
5.2 Skysat驗證 60
5.3 吉林一號視頻衛(wèi)星驗證 62
5.3.1 吉林一號視頻衛(wèi)星輻射校正處理 62
5.3.2 吉林一號視頻穩(wěn)像 68
5.3.3 吉林一號視頻衛(wèi)星超分辨率重建 71
5.3.4 吉林一號視頻衛(wèi)星動態(tài)變化檢測 75
第6章 高分辨率視頻衛(wèi)星標準產(chǎn)品制作基本算法 79
6.1 視頻輻射校正 80
6.1.1 貝爾插值 80
6.1.2 視頻影像相對輻射校正 81
6.1.3 異常探元處理 82
6.1.4 基于靶標色彩校正技術 84
6.2 傳感器校正 86
6.2.1 單幀衛(wèi)星視頻嚴密幾何成像模型 86
6.2.2 虛擬面陣嚴密幾何成像模型 91
6.2.3 RPC模型 92
6.3 視頻穩(wěn)像 95
6.3.1 衛(wèi)星視頻單幀定向模型 96
6.3.2 基于固定幀的幀間運動估計模型 97
6.3.3 基于固定幀的衛(wèi)星視頻運動補償 98
6.4 動目標檢測與跟蹤 98
6.4.1 動目標檢測 99
6.4.2 動目標跟蹤 101
6.5 超分辨率重建 102
6.5.1 圖像降質模型 103
6.5.2 降質模糊函數(shù)估計 105
6.5.3 亞像素級全局運動估計方法 105
6.5.4 超分辨率重建算法 108
6.5.5 圖像復原算法 112
6.5.6 超分辨率重建質量評價 113
6.6 三維重建 114
6.6.1 立體影像定向技術 114
6.6.2 影像密集匹配技術 115
參考文獻 125