(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210775258.3 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 北京控制工程研究所 地址 100080 北京市海淀区北京272 9信箱 (72)发明人 王子寒　邓楼楼　涂智军　董超　 刘洁　周剑敏　张涛　陈超　 刘旭力　王立　胡新超　张海力　 王伟华　华宝成　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 张晓飞 (51)Int.Cl. G06T 7/30(2017.01) G06T 5/20(2006.01) G06T 7/66(2017.01)G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 一种基于轨道运动 的红外多光谱图像配准 方法及系统 (57)摘要 本发明一种基于轨道运动的红外多光谱图 像配准方法及系统， 包括： 基于卫星上对地观测 的火点检测敏感器， 建立一种分时红外多光谱成 像的火点检测 ‑跟踪模型， 通过对高温敏感、 低温 抑制的中波红外图像进行全图滤波和 高温目标 提取， 然后利用卫星控制系统提供的高精度轨道 运动信息进行时间积分， 得到中波图像与其它谱 段图像之间的相对运动估计， 实现图像粗配准， 进而基于粗配准参数， 对不同光谱图像中的高温 目标进行窗口跟踪和高温目标精确定位， 即可得 到精确的图像 配准结果。 权利要求书3页 说明书5页 附图2页 CN 115205348 A 2022.10.18 CN 115205348 A 1.一种基于 轨道运动的红外多光谱图像 配准方法,其特 征在于包括: 1)星上设备运行期间,实时计算和记录光轴在地表 投影点相对于卫星本体坐标系的线 速度,以及卫星相对于轨道坐标系的角速度,并计算得到所述线速度和角速度在设备本体 坐标系各轴上的分量； 2)获取中波红外 图像， 对该中波红外 图像进行全图滤波处理,完成中波红外图像中的 高温目标提取和质心定位,记录中波红外图像的星上时间,即中波红外图像曝光中心 时刻 t0； 3)获取下一谱段i红外图像,同时获取该谱段i红外图像的星上时间ti,i＝1,2…H‑1,H 为待处理的多光谱图像数量； 4)计算得到高温目标在下一谱段i红外图像上的位置； 5)根据高温目标在谱段i红外图像的位置和目标尺寸,在谱段i图像 中对高温目标进行 开窗,利用图像滤波算法在窗口内提取高温目标,并利用高温目标的几何特征与中波红外 图像的高温目标进行匹配， 得到多个匹配点对； 6)利用最小二乘法得到待配准的两帧图像间的变换矩阵； 7)将t1时刻图像记为t0,下一时刻获取的谱段i图像记为t1,重复步骤3) ‑6)， 获取任意 分时成像之间的变换矩阵,实现红外多光谱图像的快速配准。 2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤1)中， 以高于成像帧频的频率获 取或根据轨道根数,实时计算得到光轴在地表投影点相对于卫星本体坐标系的线速度,以 及卫星相对于 轨道坐标系的角速度。 3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述步骤1)计算光轴在地表 投影点相对于 卫星本体坐标系的线速度的具体 计算方法为: v＝ωe×R‑(vs+ωRi×rs) 其中v为待求取的线速度,ωe是地球自转角速度矢量,R是地心到目标点的矢量,vs是卫 星运动速度,ωRi是卫星在参考坐标系下的目标惯性角速度矢量,rs是卫星质心到目标点的 距离矢量。 4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤4)计算得到高温目标在下一谱段 i红外图像上的位置， 包括： 根据得到的设备星上运动的线速度和角速度,计算得到高温目 标在图像坐标系的瞬时运动,并以星上时间为边界条件,对中波红外图像中提取 的高温目 标的图像坐标在时间区间[t0,ti]进行积分,进 而估计得到高温目标在当前图像的位置 。 5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述根据得到的设备星上运动的线速度和 角速度,计算得到高温目标在图像坐标系的瞬时运动,并以星 上时间为边界条件,中波红外 图像中提取的高温目标的图像坐 标在时间区间[ t0,ti]进行积分,进而估计得到高温目标在 当前图像的位置,包括： (41)将时间区间[t0,t1]进行N等分,设时间 间隔Δt＝(t1‑t0)/N,N为大于1的正整数； (42)令线速度v的z轴分量为0， 则当前时刻t0+nΔt目标在图像坐标系的瞬时线速度和 角速度为 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115205348 A 2ωn＝ωz 其中,n＝0,1 …N,vn和ωn分别为目标在图像坐标系的瞬时线速度和角速度,为,ωz为 设备绕z轴的角速度,z轴与光轴重合,方向由像方指向物方,f为光学系统焦距,h为设备到 光轴地表投影点的距离,p为像素尺寸； (43)更新目标点的图像坐标为 其中,vt＝(vn‑1+vn)/2， θz＝Δt·(ωn‑1+ωn)/2， n＝1,2,3 …N， X和Y为图像中心坐标， xn‑1、 yn‑1为t0+(n‑1)Δt时刻目标中心的图像坐标， xn和yn为t0+nΔt时刻目标中心的图像坐 标， n＝1,2…N； (44)重复步骤(42) ‑(43),直到实现n从1到N的遍历,计算得到的xN和yN即为所估计的高 温目标在当前图像的位置 。 6.根据权利要求1 ‑5任一所述的方法,其特征在于:所述几何特征包括质心误差、 长宽 比、 填充比。 7.一种基于轨道运动的红外多光谱图像配准系统,其特征在于包括:第 一模块、 第 二模 块、 第三模块； 星上设备运行期间,第 一模块实时计算和记录光轴在地表投影点相对于卫星本体坐标 系的线速度,以及卫星相对于轨道坐标系的角速度,并计算得到所述线速度和角速度在设 备本体坐标系各轴上的分量； 第二模块获取中波红外 图像， 对该中波红外 图像进行全图滤波处理,完成中波红外 图 像中的高温目标提取和质心定位,记录中波红外图像的星上时间,即中波红外图像曝光中 心时刻t0； 第三模块获取下一谱段i红外图像,同时获取该谱段i红外图像的星上时间ti,i＝1,2… H‑1,H为待处理的多光谱图像数量； 计算得到高温目标在下一谱段i红外图像上的位置； 根 据高温目标在谱段i红外图像的位置和目标尺寸,在谱段i图像中对高温目标进行开窗,利 用图像滤波算法在窗口内提取高温目标,并利用高温目标的几何特征与中波红外图像的高 温目标进行匹配， 得到多个匹配点对； 利用最小二乘法得到待配准的两帧图像间的变换矩 阵； 将t1时刻图像记为t0,下一时刻获取的谱段i图像记为t1； 获取任意分时成像之间的变 换矩阵,实现红外多光谱图像的快速配准。 8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于： 所述计算光轴在地表投影点相对于卫星本 体坐标系的线速度的具体 计算方法为: v＝ωe×R‑(vs+ωRi×rs) 其中v为待求取的线速度,ωe是地球自转角速度矢量,R是地心到目标点的矢量,vs是卫 星运动速度,ωRi是卫星在参考坐标系下的目标惯性角速度矢量,rs是卫星质心到目标点的 距离矢量。 9.根据权利要求7所述的系统,其特征在于:所述计算得到高温目标在下一谱段i红外 图像上的位置， 包括： 根据得到的设备星 上运动的线速度和角速度,计算得到高温目标在图权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115205348 A 3