“天眼”惊艳,国外求助

据国家航天局宣布,厄瓜多尔地震后,厄瓜多尔请求中国提供地震信息,在接到请求后,国家航天局紧急调动高分二号卫星对厄瓜多尔受灾地区进行观测,获取了受灾地区影像图。影像图图像清晰,层次分明,清晰反映了震区受灾情况,为厄瓜多尔及时掌握灾情,开展救援工作提供了信息支持。

这一切的帮助,都得益于近些年我国深入实施高分专项。高分专项也被称为“天眼工程”,自2013年高分一号卫星发射以来,高分二号、高分四号、高分三号等高分系列卫星陆续发射。这意味着,我国已经形成了一个相对全面的对地观测系统。


图一  厄瓜多尔震灾现场

如此神通广大的“天眼”,线阵推扫成像方式是获取高分辨率光学卫星影像的关键。

为了提高光学影像的空间分辨率,常采用长焦镜头,而长焦镜头会导致观测视场变窄的问题,为了增加观测视场角,常采用多片CCD(电荷耦合元件)拼接或多台相机同时观测的成像方式。随着实时宽覆盖获取卫星地面影像需求的增加以及宽视场多相机系统设计技术、宽视场影像拼接技术的发展,多相机系统在遥感成像领域的应用越来越多。

在利用多台相机同时推扫观测的情况下,每台相机拥有一套独立的光学系统,遵循各自的几何成像模型,这给后续的几何处理带来额外的工作。因此,一种既能保证几何精度又不增加常规后续处理工作量的光学遥感卫星多相机影像拼接方法是实现遥感数据智能处理的一个关键技术(图2)。

图2  高分二号卫星多相机系统成像及影像拼接示意图

近日,武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室王密教授团队,从光学遥感卫星多相机系统的成像特点及设计特点出发,提出了一种基于虚拟大相机的多相机影像高精度拼接方法。利用高分一号与高分二号的多相机影像进行拼接实验,采用基于相机虚拟化的方法,通过在多相机系统中建立无畸变的虚拟大相机模型,对多相机影像在虚拟大相机坐标系下进行中心投影重成像,实现多相机的中心投影拼接,在获得高质量的拼接影像的同时,获得其高精度的有理函数模型信息。具体研究成果发表在光学学报第八期

该方法在本体坐标系下构建一个覆盖多相机全视场、零畸变的虚拟大相机,通过虚拟大相机与各单相机的几何成像关系,得到在虚拟大相机坐标系下的拼接影像,同时获得拼接影像的高精度有理函数模型,为后期处理提供整体宽覆盖的一级产品(图3)。实验通过定性与定量的方法证明,该方法在不同相机数量、不同分辨率、不同地形覆盖的复杂情况下均能实现目视无缝拼接并能保证较好的几何精度,为后续系统几何纠正及几何精校正等处理奠定了基础。


图3  虚拟大相机示意图

研究人员表示后续将针对未来即将发射的多颗海洋卫星上搭载的多相机成像系统进行相关的实验与分析工作。

武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室王密教授团队合影:右3为王密教授,右2是程宇峰博士。