1 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心, 北京 100048
3 河海大学地球科学与工程学院, 江苏 南京 210098
针对星载单光子激光有效回波信号混杂于噪声中难以区分的问题, 提出一种基于统计直方图两步法的星载单光子数据去噪方法。先后采用沿轨小窗口直方图粗去噪与距离平方统计直方图精去噪, 实现星载单光子回波数据中的噪声光子有效剔除。利用该方法对美国星载单光子激光雷达先进地形激光测高系统(ATLAS)的强与弱波束、白天和夜间、平地与山地 3种典型情况下的回波光子数据进行实验, 结合 ATLAS官方去噪结果, 基于混淆矩阵统计去噪精确度。实验结果表明, 强波束数据去噪精确度为 98.86%, 弱波束数据去噪精确度为 96.94%; 夜间数据去噪精确度为 99.02%, 白天数据去噪精度为 98.86%; 山地数据去噪精确度为 96.28%, 平地数据去噪精确度为 96.94%。说明本文方法适用于常见的以上 3种典型情况下的星载单光子数据去噪。
星载单光子数据 先进地形激光测高系统 统计直方图 去噪精确度 混淆矩阵 spaceborne single photon data Advanced Topographic Laser Altimeter System statistical histogram denoising accuracy confusion matrix 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(3): 384
1 中国矿业大学（北京） 地球科学与测绘工程学院，北京 100083
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心，北京 100048
3 河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 211100
星载激光点位高程精度是其辅助光学立体影像复合测绘的基础。针对光学影像立体测绘对激光高程控制点精度的需求，提出了一种基于多特征参数约束的星载激光高程控制点提取方法。该方法利用全波形数据包含的目标地物垂直结构信息，分析高精度激光高程控制点特征，基于数据的有效性、波形的峰值个数、回波特征参数实现逐级约束筛选。选取信噪比、峰度和偏度作为评价指标，通过全波形数据回波特征参数的计算、统计与分析，确定其信噪比、峰度和偏度阈值，最终高效提取出可用于星载激光高程控制点的有效波形数据。以我国高分七号数据为试验对象，选取草地、戈壁、道路、水体、沙地、耕地六种典型地物样本，确定适用于提取高分七号高程控制点的信噪比、峰度与偏度的阈值。以江苏地区机载LiDAR点云数据为参考，验证分析高程控制点提取和阈值设定的准确性，试验结果表明：基于多特征参数约束算法，利用设定的适用于GF-7卫星的参数阈值，可以高效、准确地从原始波形数据中提取出有效波形用于高精度高程控制点生产。以与参考数据高程差0.32 m为高程精度要求，提取准确性平均为90.34%，所提取的激光高程平均测量精度优于0.5 m。
回波特征 高程控制点 全波形数据 星载激光 高分七号 echo characteristics elevation control point full-waveform data spaceborne laser GF-7 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210997
红外与激光工程
2021, 50(8): 20200396
1 防灾科技学院生态环境学院，河北 廊坊 065201
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心，北京 100048
3 中国人民解放军联勤保障部队作战数据室，湖北 武汉 430010
质心定位精度不仅是影响星载激光测高仪姿态精度的关键因素之一，也是探测卫星平台颤振的一种新型技术手段。针对地球科学激光测高仪系统（GLAS）卫星平台激光光斑数据存在噪声信息、空间分辨率较低、最大能量值不唯一等影响质心定位精度的问题，研究了星载激光光斑空间分辨率提高在卫星平台颤振探测中的可行性。首先，提出一种非光斑下的暗通道模板去噪方法，对长时序激光光斑进行去噪处理；其次，协同反卷积与超分辨率重建方法在改善激光光斑的“拖尾”现象的同时提高其空间分辨率；最后，提出一种质心跟踪的灰度加权亚像素质心方法，对长时序激光光斑进行跟踪定位，以实现对卫星平台颤振的初步探测。实验结果表明，本文质心定位方法的残差拟合精度相较于灰度加权法平均约提高0.08 pixel、相较于高斯曲面拟合法平均约提高0.08 pixel、相较于椭圆拟合法平均约提高0.1 pixel，并初步探测到GLAS卫星平台存在周期约为94 min的姿态变化规律。
测量 超分辨率重建 颤振探测 质心定位 激光光斑 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0314004
1 自然资源部国土卫星遥感应用中心，北京 100048
2 山东理工大学 建筑工程学院，山东 淄博 255000
3 中国矿业大学（北京） 地球与测绘工程学院，北京 100083
全波形激光雷达的回波中包含着地物目标的垂直结构特征信息，传统的全波形数据处理方法在提取这些信息时过于依赖初始参数，导致地形复杂地区的数据可利用率低、准确率低。针对这一问题，提出了一种基于遗传算法的波形分解方法。改进后的处理算法无需提供精确的初始参数，用概率性传递规则代替确定性规则，具有全局寻优特点。并以高分七号卫星激光全波形数据进行试验。结果证明，基于改进后的波形处理方法拟合的回波波形与预处理后波形的相关系数在99%以上。文中对森林地区最大树高的反演与ICESat-2的ATL08产品中的森林冠层高度参数进行对比，两者相关系数为0.85，中误差为1.1 m，表明该方法可以较准确地提取复杂波形的特征信息。
高分七号 遗传算法 波形分解 树高测量 GF-7 genetic algorithm waveform decomposition tree height measurement 红外与激光工程
2020, 49(11): 20200245
1 首都师范大学资源环境与旅游学院, 北京 100048
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心, 北京 100048
交通标志等道路设施的空间位置信息是城市三维建模的基本要素之一,也是道路设施养护管理的必要内容。为此,提出一种基于移动测量数据的小型交通标志自动提取方案,基于改进的卷积神经网络SlimNet模型对全景影像上的小交标进行检测,提出一种基于深度图的目标三维空间地理定位方法,并采用以中心点为准的距离判断法提取目标的对角线。选取三类小型交通标志的实测数据对所提方法进行验证分析。实验结果表明,SlimNet模型的平均正确率相比经典的VGG16(Visual Geometry Group 16)模型有4.2个百分点的提升。采用提出的地理定位和矢量化方案,三类目标在实验区的召回率和精确率均达到86%以上,证明整体方案的有效可行性。该方法为城市多类目标的精确三维空间地理定位提供新思路。
遥感 移动测量系统 卷积神经网络 交通标志 地理定位
1 山东理工大学建筑工程学院, 山东 淄博 255000
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心, 北京 100048
3 辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 , 辽宁 阜新 123000
为了全面了解线性体制星载激光测高仪测高精度与地物、地形的关系, 本文以机载点云数据为参考数据, 选取美国部分区域为试验区, 采用构建不规则三角网内插的方法, 分析了GLAS激光测高仪数据在不同坡度坡向、不同地物以及升轨降轨的测高精度, 并探讨了GLAS测高精度与激光回波波形的关系。实验结果表明: 在波形展宽较小、坡度平缓的地区, GLAS激光点的高差中误差为0.718 5 m; 在波形展宽较大、坡度陡峭的地区, 中误差为6.532 1 m。针对波形较为理想的农地, 湖泊两类地物的高差中误差分别为0.624 7 m、1.578 6 m, 针对波形变形严重, 回波波峰不明显的沙漠、林地地区的高差中误差分别为2.055 1 m和7.136 9 m。在平坦地区, 当采用升轨测量模式时激光点高差中误差为0.618 3 m; 而降轨测量的高差中误差为0.849 2 m。总体而言, 不同坡向条件下, GLAS激光点的测高值要高于实际地面高程。
测高精度 机载点云 不规则三角网 回波波形 GLAS GLAS accuracy of height airborne point cloud Triangulated Irregular Network echo waveform
1 辽宁科技大学土木工程学院, 辽宁鞍山 114000
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心, 北京 100048
红外图像与可见光图像记录着地物的不同属性信息, 两者融合能够优势互补, 弥补单一数据源信息的不足。然而由于两者成像原理不同, 热红外传感器与可见光传感器对同一场景获取的图像灰度差异较大, 二者图像误匹配多, 融合难度大。本文在分析红外与可见光图像共有特征的基础上, 提出了一种基于 SIFT与 ORB特征检测的匹配方法, 利用 SIFT算子与 ORB算子同时进行特征点检测, 先基于 RANSAC对 SIFT匹配得到的同名点进行筛选, 同时结合最近邻比次近邻算法获取 ORB匹配点, 再利用 SIFT匹配点对 ORB匹配点进行距离和角度的几何约束进一步剔除误匹配, 最终得到特征点分布均匀、可靠度更高的匹配结果, 解决因灰度差异较大产生的匹配效果不佳的问题。利用 4组红外与可见光图像进行实验, 结果表明, 本文算法特征点正确匹配数量相较于 SIFT分别提高了约 3.7倍、 3.2倍、3.6倍、3倍, 大幅地提高了红外与可见光图像的匹配数量, 为两者间的匹配提供了一种有效的方法。
特征点匹配 红外图像 可见光图像 feature point matching, SIFT, ORB, infrared image, SIFT ORB
1 自然资源部国土卫星遥感应用中心, 北京 100048
2 辽宁技术工程大学测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
颤振是卫星平台在轨运行的固有现象之一,也是高分辨率对地观测卫星研究的难点和热点。针对资源三号02星在轨运行过程中的平台颤振情况,提出了一种基于能量对称分布的相位相关配准算法。结合多光谱相机各谱段相机之间的安装关系,考虑到平台的线性平滑运动特性,采用二次函数消除系统变化量,得到线性拟合的平台颤振曲线,最后利用星敏陀螺数据联合滤波得到卫星姿态复合验证曲线。实验结果表明:在模拟数据情况下,所提配准算法的配准精度能够达到0.05 pixel,可有效辅助探测卫星平台的颤振,并首次探测到资源三号02星平台存在0.63~0.65 Hz的颤振,振幅为0.41″~1.12″。
遥感 资源三号02星 颤振 相位相关配准 多光谱影像
1 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心, 北京 100048
2 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
提出了一种基于动态序列噪声模板的主动式像素传感器(APS)星图去噪方法。该方法利用短时静态背景噪声与随机噪声阈值构建动态序列噪声模板,实现了对APS星图数据的去噪处理。以ZY-3卫星的APS原始星图作为实验数据进行研究,结果表明所提方法能很好地剔除条带和边缘噪声。与传统去噪处理方法相比,所提方法的星图质心提取精度提升了约12.98″;与全局阈值分割法相比,所提方法的星图质心提取精度提升了约2.16″;与静态背景噪声方法相比,所提方法的星图质心提取精度提升了约9.64″。这充分表明所提方法可有效提升APS恒星质心定位精度,适用于事后姿态处理。
机器视觉 主动式像素传感器 动态背景 星图处理 质心提取 星对角距
