带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法

周楠; 曹金山; 肖蕾; 曹世翔

doi:10.13203/j.whugis20200306

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带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法

周楠, 曹金山, 肖蕾, 曹世翔

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周楠, 曹金山, 肖蕾, 曹世翔. 带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20200306

引用本文:

周楠, 曹金山, 肖蕾, 曹世翔. 带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20200306

ZHOU Nan, CAO Jinshan, XIAO Lei, CAO Shixiang. A Geo-coded Stabilization Approach for Optical Video Satellites in Object Space[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20200306

Citation:

ZHOU Nan, CAO Jinshan, XIAO Lei, CAO Shixiang. A Geo-coded Stabilization Approach for Optical Video Satellites in Object Space[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20200306

带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法

doi: 10.13203/j.whugis20200306

1 北京空间机电研究所, 北京 100076;
2 湖北工业大学计算机学院, 湖北武汉 430068;
3 火箭军装备部某代表室, 北京 100085

基金项目:

国家自然科学基金项目（61801331）

详细信息

作者简介:
周楠,硕士,高级工程师,主要从事卫星影像几何处理研究。nan_zhou2006@126.com

中图分类号: P236

A Geo-coded Stabilization Approach for Optical Video Satellites in Object Space

1 Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100076, China;
2 School of Computer Science, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China;
3 Representative Office of Equipment Department, PLA Rocket Force, Beijing 100085, China

Funds:

the National Natural Science Foundation of China, No. 61801331

摘要: 发现运动目标并获得运动目标的地理位置与运动速度，是光学视频卫星非常重要的一个高精度应用。现有光学卫星视频稳像方法虽然可以获得稳定流畅的视频数据，但视频数据中缺少几何信息，难以满足这一应用需求。针对该问题，本文提出一种带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法。该方法充分利用卫星视频帧的定向参数信息，构建基于视频帧定向模型的帧间运动模型，并通过辅帧定向参数的运动补偿，实现视频序列帧间几何一致性，再在物方空间对视频序列进行地理编码，生成带有地理编码的流畅视频数据。经对珠海一号卫星视频数据的试验结果表明，本文方法可以有效消除卫星平台抖动和卫星定轨测姿等误差对卫星视频帧间几何精度的影响，获得的帧间几何精度与视频稳像精度均优于0.3像素。
- 视频卫星 /
- 视频稳像 /
- 运动估计 /
- 运动补偿 /
- 地理编码
Abstract: It is a very important highly accurate application of optical video satellites to discover a moving target and obtain its geographic position and moving speed. Although the existing stabilization approaches for optical video satellites can obtain stable and smooth videos, the lack of geometric information in the satellite videos makes them difficult to meet the above application requirements. To solve this problem, a geo-coded stabilization approach for optical video satellites in object space is proposed in this paper. The proposed approach takes full advantage of the orientation parameter information of satellite video frames. An interframe motion model based on the video frame orientation model is first established. Then, the orientation parameters of the auxiliary frame are motion compensated to achieve the geometric consistency between the video frames. Finally, all the video frames are geo-coded in object space, and the geo-coded smooth video can be generated. The experimental results of a ZhuHai-1 satellite video showed that the proposed approach could effectively eliminate the influence of satellite jitter errors and satellite position and attitude errors. Both the geometric accuracy between the video frames and the video stabilization accuracy achieved by the proposed approach reached better than 0.3 pixels.
- video satellite /
- video stabilization /
- motion estimation /
- motion compensation /
- geocoding

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带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法

doi: 10.13203/j.whugis20200306

1 北京空间机电研究所, 北京 100076;

2 湖北工业大学计算机学院, 湖北武汉 430068;

3 火箭军装备部某代表室, 北京 100085

基金项目:

国家自然科学基金项目（61801331）

作者简介:
周楠,硕士,高级工程师,主要从事卫星影像几何处理研究。nan_zhou2006@126.com

收稿日期: 2021-05-21

中图分类号: P236

关键词:

摘要: 发现运动目标并获得运动目标的地理位置与运动速度，是光学视频卫星非常重要的一个高精度应用。现有光学卫星视频稳像方法虽然可以获得稳定流畅的视频数据，但视频数据中缺少几何信息，难以满足这一应用需求。针对该问题，本文提出一种带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法。该方法充分利用卫星视频帧的定向参数信息，构建基于视频帧定向模型的帧间运动模型，并通过辅帧定向参数的运动补偿，实现视频序列帧间几何一致性，再在物方空间对视频序列进行地理编码，生成带有地理编码的流畅视频数据。经对珠海一号卫星视频数据的试验结果表明，本文方法可以有效消除卫星平台抖动和卫星定轨测姿等误差对卫星视频帧间几何精度的影响，获得的帧间几何精度与视频稳像精度均优于0.3像素。

English Abstract

A Geo-coded Stabilization Approach for Optical Video Satellites in Object Space

1 Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100076, China;

2 School of Computer Science, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China;

3 Representative Office of Equipment Department, PLA Rocket Force, Beijing 100085, China

Funds:

the National Natural Science Foundation of China, No. 61801331

Received Date: 2021-05-21

Keywords:

Abstract: It is a very important highly accurate application of optical video satellites to discover a moving target and obtain its geographic position and moving speed. Although the existing stabilization approaches for optical video satellites can obtain stable and smooth videos, the lack of geometric information in the satellite videos makes them difficult to meet the above application requirements. To solve this problem, a geo-coded stabilization approach for optical video satellites in object space is proposed in this paper. The proposed approach takes full advantage of the orientation parameter information of satellite video frames. An interframe motion model based on the video frame orientation model is first established. Then, the orientation parameters of the auxiliary frame are motion compensated to achieve the geometric consistency between the video frames. Finally, all the video frames are geo-coded in object space, and the geo-coded smooth video can be generated. The experimental results of a ZhuHai-1 satellite video showed that the proposed approach could effectively eliminate the influence of satellite jitter errors and satellite position and attitude errors. Both the geometric accuracy between the video frames and the video stabilization accuracy achieved by the proposed approach reached better than 0.3 pixels.

周楠, 曹金山, 肖蕾, 曹世翔. 带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20200306

引用本文:

周楠, 曹金山, 肖蕾, 曹世翔. 带有地理编码的光学视频卫星物方稳像方法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20200306

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