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申请/专利权人：武汉工程大学

摘要：本发明涉及卫星遥感数据处理技术领域，具体涉及基于非共线CCD的遥感卫星多频震颤检测与建模方法，包括以下步骤：对原始非共线CCD影像进行行频归一化处理，得到未配准的非共线CCD影像；通过相位匹配得到精确的整像素偏移，将整像素偏移作为最小二乘法的初值，得到精准的配准误差；获取随成像行变化的配准误差，将随成像行变化的配准误差转变为随时间变化的相对误差，使用傅里叶频谱分析，逐步计算出各个相对抖动误差；震颤多频建模，包括对频谱分析得到的多个主频和对应的幅度，通过正弦函数来对相对时变误差进行准确估计，从而得到卫星抖动引起的绝对误差。本发明，实现通过对非共线CCD影像来进行高分辨率遥感卫星的多频震颤检测与建模。

主权项：1.基于非共线CCD的遥感卫星多频震颤检测与建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对原始非共线CCD影像进行行频归一化处理，得到未配准的非共线CCD影像；S2：通过相位匹配得到精确的整像素偏移，将整像素偏移作为最小二乘法的初值，得到精准的配准误差，所述通过相位匹配得到精确的整像素偏移包括对某一像素点进行相位匹配，具体包括：将两幅影像对应窗口进行傅里叶变换，接着由傅里叶变换计算出互功率谱矩阵，傅里叶变换计算为：设f2x,y,f1x,y分别是左右影像的对应窗口图像信号，且f2x,y是由f1x,y平移dx,dy得到，则满足：f2x,y＝f2x,y＝f1x-dx,y-dy将其转换到频域，形式如下：Fu,v＝Fu,v×e-i×2π×u×dx+v×dy将上述等式的左边除以右边，得到互功率谱，其形式如下： 对互功率谱矩阵进行奇异值分解，分别得到左右奇异量，计算为：设互功率谱矩阵为A，进行奇异值分解，分解如下：A＝U∑VT其中，U和VT的列向量分别为左奇异向量和右奇异向量，并对其进行解缠操作，使得有效恢复相位的连续性，再基于RANSAC直线拟合，找到相位信息和对应的索引行的关系，计算出影像的整像素偏移；所述最小二乘匹配法包括通过得到的影像的整像素偏移，确定两幅影像的同名点，以两幅影像的同名点为中心，分别创建一个半径为8的窗口，通过误差观测模型以及解算匹配窗口的灰度和几何映射关系，确定同名点的精确坐标，对左右匹配窗口内的每一个点建立观测方程，匹配窗口内所有像素点均满足观测方程公式时，即匹配成功，观测方程如下：gx1,y1+nx1,y1＝h0+h1·gx2,y2+nx2,y2其中，x1,y1,x2,y2为两幅影像匹配窗口的整像素坐标，gx1,y1、gx2,y2为其灰度，nx1,y1、nx2,y2为灰度值噪声，h0和h1代表线性变形系数；还包括几何差异监测，设匹配窗口的几何变形满足仿射变换模型，则： 其中，a0a1a2b0b1b2分别为仿射变形系数，得到精准的亚像素坐标后，通过计算两幅影像的同名点坐标差得到精准的配准误差Vxn、Vyn；S3：震颤多频检测，获取随成像行变化的配准误差，将随成像行变化的配准误差转变为随时间变化的相对误差，使用傅里叶频谱分析，获取到多个主频和振幅大小，从低频到高频进行逐步分析，且低频采取整体拟合策略，高频采取部分拟合策略，逐步计算出各个相对抖动误差，所述获取随成像行变化的配准误差包括利用初始的CCD的设计值，得出两幅影像的初始行偏移和列偏移，确定两幅影像的同名像点的初始行和列位置，由初始位置开始，在每一行进行逐列或者间隔一定的列数进行相位匹配，从而得到随不同成像行而变化的配准误差；所述震颤多频检测具体包括：设非共线CCD影像的行积分时间是Vt，在有N个成像行的非共线CCD影像中，成像总时间为T＝Vt×N，则第n个成像行所对应的时刻为：tn＝t0+t×n,n＝0,1,.....N-1；其中t0为初始成像时间；对于时序数据Δxn进行离散的傅里叶变换： 基于傅里叶变换的对称变换特性，序列的前一半结果包括所有的有效信息，分解后的序号K取值范围0:N2，采样频率K次谐波对应的频率fk为： 经过离散傅里叶变换后，其计算结果为复数形式，即用正弦函数ak和余弦函数bk叠加近似代表原始信号，K次谐波对应的幅值ck为正弦函数ak和余弦函数bk的叠加，即： 基于计算得到平台震颤垂轨方向的频谱曲线，并绘制频谱图；对于时序数据Δyn同上计算得到平台震颤沿轨方向的频谱曲线，并绘制出频谱图；接着通过频谱曲线以及频谱图，得到多个主频率和对应的幅值大小；所述逐步计算出各个相对抖动误差具体包括：首先，通过正弦函数直接整体拟合相对抖动误差的低频信息；其次，在计算高频信息之前，采用局部拟合策略，在局部原始相对抖动误差内减去得到的低频信息，在剩余的相对抖动误差中拟合高频信息，得到多个频率的相对抖动误差；S4：震颤多频建模，包括对频谱分析得到的多个主频和对应的幅度，通过正弦函数来对相对时变误差进行准确估计，从而得到卫星抖动引起的绝对误差。

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