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武汉大学学报（信息科学版）
武汉大学学报（信息科学版）

刘经南

月刊

1671-8860

journalw@whu.edu.cn

027-68778465

430072

武汉市珞喻路129号武汉大学测绘校区

武汉大学学报（信息科学版）/Journal Geomatics and Information Science of Wuhan UniversityCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为测绘专业学术期刊，主要刊登测绘、遥感、图形图像处理等专业及相关学术论文。发表论文强调先进性、创造性。该刊发表的论文部分收录于EI、SCI、AJ等。
正式出版
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    一种面向卫星在轨自主任务规划的快速精准轨道预报方法

    王密陈俊博皮英冬仵倩玉...
    879-887页
    查看更多>>摘要：卫星在轨自主任务规划需要高精度的轨道预报数据,计算待观测目标的可成像时间窗口、成像姿态需求,结合其他约束条件来完成任务规划过程.针对卫星星上计算资源有限的情况,为了减少轨道预报过程的资源消耗、满足自主任务规划的需求,提出一种在长周期的轨道预报中预报精度高、资源消耗少的轨道预报方法.基于两行根数(two-line ele-ment,TLE)及简化普适摄动模型,以多条轨道数据作为输入,迭代计算生成TLE,完成轨道预报,并计算轨道预报误差和模拟观测目标的成像参数初值误差,进行定量评价.实验结果表明,所提方法仅需少量输入数据即可完成72 h的轨道预报,预报精度优于4 km,平均耗时12.76 s,在长周期的轨道预报中预报精度高、运行速度快;使用轨道预报数据计算模拟观测目标的开始成像时间误差优于0.2 s,三轴方向上的成像姿态初值误差均优于0.03°,小于智能遥感卫星珞珈三号01星相机成像过程姿态指向精度指标.所提方法预报精度高,需求的时空资源少,对于星上在轨自主任务规划具有重要意义.

    在轨自主任务规划轨道预报权重定义与调整两行根数成像参数初值

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    融合色差梯度和颜色相关性的Bayer成像插值方法

    潘俊刘宇晗郭羽萱王密...
    888-898页
    查看更多>>摘要：为减轻卫星影像数据星地传输压力,Bayer成像模式被越来越广泛地应用于遥感卫星的成像系统,由于Bayer影像中每个像素只存储一个颜色通道的信息,存在信息缺失,因此必须经过Bayer成像插值重建为全彩色影像才能用于后续应用.现有多数Bayer成像插值方法存在地物边缘处细节缺失和色调偏移问题.针对上述问题,提出了一种融合色差梯度和颜色相关性的Bayer成像插值方法.首先提取原始Bayer影像的各通道间色差梯度信息,使用归一化的色差梯度函数赋予各方向色差估计值的相应权重,使插值沿着边缘方向进行,以保护地物边缘处细节信息,然后利用不同颜色通道间的相关性设置色比约束,调整局部滑动窗口内3个通道的相对比例,以改善插值结果中的色调偏移现象,使重建的全彩色影像色调真实、细节完整.通过在模拟影像和珞珈三号01星获取的真实Bayer影像上的实验对比,所提方法与对比方法相比,重建影像在地物边缘处的伪色问题有明显改善,具有最高的峰值信噪比、结构相似性指数和最低的均方误差、自然图像质量评价分数,且与参考影像相比没有空间分辨率损失.所提方法已成功应用于珞珈三号01星数据处理系统中,进行在轨和地面的Bayer成像插值处理,为珞珈三号01星数据的各项应用提供了有效保障.

    Bayer影像颜色相关性色差梯度局部色比珞珈三号01星

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    基于物方一致性的珞珈三号01星视频数据在轨实时稳像

    张致齐王密曹金山刘闯...
    899-910页
    查看更多>>摘要：利用高分辨率敏捷光学卫星的凝视观测能力,对特定区域或目标进行连续观测,从而实现区域监测、目标跟踪等应用,是高分辨率光学卫星的应用热点之一.获取的凝视观测数据经过几何与稳像处理后,能得到稳定的高质量视频数据.但受制于过程中需要的大量运算,星载设备计算与存储能力难以满足,该处理只能由地面系统在事后完成,信息获取的时效性低.针对该问题,基于珞珈三号01星数据特点与星载硬件计算能力,提出一种基于物方一致性的在轨视频帧实时稳像方法.所提方法利用实时几何定位,在卫星成像过程中实时提取并对目标区域影像进行几何校正;同时利用影像帧之间地理信息的一致性,对相邻影像帧进行实时配准,保证帧间相对精度;在此基础上,通过构建算法并行流水线,实时生成带有地理编码的兴趣区视频帧序列.使用珞珈三号01星真实数据与帧率(6帧/s)进行实验,结果表明,基于珞珈三号01星嵌入式星载处理硬件,所提方法能够实现快于6帧/s的处理速度,同时获得的视频帧序列带有地理编码,且帧间稳像精度达0.328像素,可满足星载实时服务需求.

    视频稳像兴趣区提取实时处理星上处理

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    珞珈三号01星视频智能插帧应用研究

    王新晟王密潘俊肖晶...
    911-922页
    查看更多>>摘要：光学视频卫星获取的高动态、高空间分辨率的数据为对地动态观测提供了新的技术手段.2023年初发射的珞珈三号01星是新一代智能测绘遥感科学试验卫星,该星可通过凝视成像模式获取对地高清彩色视频,但原始视频帧率较低,仅为6帧/s.为进一步提升珞珈三号01星视频的流畅度,降低视觉观感的卡顿效果,开展了面向珞珈三号01星视频插帧的相关研究.首先,针对卫星凝视成像过程中的误差进行了分析,提出了 一种基于帧间透视变换模型的视频稳像方法,实现了原始视频数据的预处理;然后,考虑到日常可见光视频与卫星视频之间存在较大差异,且目前暂无可用的卫星视频插帧数据集,基于预处理后的稳像视频构建了一个涵盖不同场景的卫星插帧数据集Luojia3_VFISet;最后,基于无需光流模块参与的FLAVR(flow-agnostic video representation)视频插帧网络,通过将不同尺度的特征编码信息引入解码过程,提出了 FLAVR_Plus视频插帧网络,进一步提升了卫星视频的插帧效果.实验结果表明,FLAVR_Plus插帧结果的测量峰值信噪比达到35.544 6 dB,精度提升约0.5％～7.2％,结构相似性可达0.917 9,同比提升约0.5％～8.7％.所构建的Luojia3_VFISet数据集有助于相关研究工作的开展,提出的FLAVR_Plus视频插帧网络针对不同场景均能生成质量良好、无明显拖影的中间帧,可有效提升珞珈三号01星视频的流畅度,为后续的卫星视频相关应用提供更多的帧间信息.

    珞珈三号01星凝视序列影像视频稳像插帧数据集视频插帧

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    珞珈三号01星冰雪/云场景影像偏色校正处理

    林加伟潘俊
    923-934页
    查看更多>>摘要：珞珈三号01星采用Bayer成像模式,其获取的绿色通道信号相对较强,但由于相机通常采用固定的曝光与增益设置,导致珞珈三号01星拍摄的含冰雪/云覆盖影像会出现严重偏绿现象.针对该问题,提出了一种结合颜色通道补偿与直方图间互相关关系的直方图重叠白平衡方法.为提升影像的细节信息,通过低灰度值区域的分布比例构建伽马函数,实现拉伸处理;为提升各颜色通道分布的相似度,使用影像的标准差信息计算权重,补偿衰减通道,并基于YCbCr颜色空间保持亮度信息,避免影像背景亮度变化;为改善偏色情况并保持色度均值的重合,通过互相关关系进行色度直方图重叠处理,根据冰雪/云场景影像的特征自适应调整参数.对校正后的结果影像进行主观分析与客观评价,并与多种主流的颜色校正方法进行对比验证.实验结果表明,所提方法颜色校正效果更好、影像地物颜色更自然,且能更好地保留地物信息.

    珞珈三号01星含冰雪/云覆盖偏色校正自适应伽马校正色度直方图重叠白平衡

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    双边加权组稀疏残差约束的面阵卫星影像去噪

    万天真潘俊王密
    935-944页
    查看更多>>摘要：传统的组稀疏表示模型受到噪声的影响可能无法准确估计每个影像组的稀疏性,从而导致对理想影像的复原失真.提出了双边加权的组稀疏残差约束模型,引入组稀疏残差约束,首先利用稀疏编码系数的非局部自相似性获得理想影像的组稀疏系数估计,然后约束对应退化影像的组稀疏系数来逼近这一估计.由于面阵卫星影像噪声较为复杂,用简单加性高斯白噪声难以精确建模,将两个权重矩阵分别引入组稀疏残差约束的数据保真项和正则化项中,以表征影像和噪声的统计特性.使用模拟数据和珞珈三号01星获取的真实影像进行实验,在模拟实验中,双边加权组稀疏残差约束模型在去除加性高斯白噪声和空间异质噪声方面表现优于其他对比方法.在真实影像实验中,使用该模型去噪后的影像熵值相较于三维块匹配滤波方法、多波段加权核范数最小化方法、非局部中心化稀疏表示方法、低秩化组稀疏表示方法和三边加权稀疏编码方法,分别提升了 2.03％、1.18％、1.26％、1.24％和2.10％.结果表明,双边加权组稀疏残差约束模型在保留影像边缘细节和消除真实影像噪声方面优于对比方法.

    面阵卫星影像影像去噪组稀疏表示组稀疏残差约束非局部自相似性

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    融合相机与激光雷达的目标检测、跟踪与预测

    黄远宪周剑黄琦李必军...
    945-951页
    查看更多>>摘要：实时、鲁棒的三维动态目标感知系统是自动驾驶技术的关键.提出了一种融合单目相机和激光雷达的三维目标检测流程,首先,在图像上使用卷积神经网络进行二维目标检测,根据几何投影关系生成锥形感兴趣区域(region of interest,ROI),在ROI内对点云进行聚类,并拟合三维外包矩形;然后,基于外观特征和匈牙利算法对三维目标进行帧间匹配,并提出了一种基于四元有限状态机的跟踪器管理模型;最后,设计了 一种利用车道信息的轨迹预测模型,对车辆轨迹进行预测.实验结果表明,在目标检测阶段,所提算法的准确率和召回率分别达到了 92.5％和86.7％.在仿真数据集上对轨迹预测算法进行测试,与现有算法相比,所提算法在直线、弧线和缓和曲线3种类型的车道上均有较小的均方根误差,且算法平均耗时约为25 ms,满足实时性要求.所提算法鲁棒、有效,在不同车道模型下均有较好的结果.

    单目相机激光雷达三维目标检测目标跟踪轨迹预测

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    嫦娥五号双目标联合定轨技术研究

    张宇段建锋孔静曹建峰...
    952-959页
    查看更多>>摘要：为提升轨道器与上升器在月球交会对接过程中的相对轨道精度,以嫦娥五号双目标联合测量为基础,建立了同波束测量(same beam interferometry,SBI)和星间测量的模型,设计了轨道器与上升器联合的统计定轨算法.利用基准轨道分析了 SBI时延、时延率和微波雷达/激光雷达的测距、测速数据精度,结果表明,嫦娥五号SBI与甚长基线干涉测量精度相当,微波雷达/激光雷达的测距精度为米级.在定轨中建立两目标相对运动关系,能够明显提升相对轨道精度.

    月球探测定轨观测建模同波束测量微波雷达激光雷达

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    ITRF2014框架下顾及降雨量与水文负载的CMONOC坐标时间序列关系分析

    何月帆聂桂根武曙光李海洋...
    960-969页
    查看更多>>摘要：水文负载对中国大陆构造环境监测网络(crustal movement observation network of China,CMONOC)测站坐标时间序列具有重要的影响,而降雨量直接影响了水文负载的量级大小.利用ITRF2014(international terrestrial reference frame 2014)参考框架下 CMONOC 坐标时间序列、MERRA2(modern-era retrospective analysis for research and applica-tions,version 2)水文负载模型以及中国区域降雨量数据来分析三者之间的关系.结果表明,水文负载对CMONOC测站的影响主要体现在垂直方向上,尤其在珠江流域、长江流域以南、西南以及东南诸河流域,水文负载对测站位移的影响尤为显著,水文负载序列的均方根最大可达5.47 mm.水文负载和降雨量都呈现出较为明显的纬度相关性,纬度越高,其量级越小,二者与纬度的线性拟合优度分别为0.63和0.55;同时,降雨量与水文负载也呈现明显的线性关系,拟合优度为0.49,且随着年均降雨量的增加,水文负载的量级会随之增大.对于周期性信号,降雨量、水文负载以及CMONOC坐标时间序列具有一致性,水文负载的周年振幅和CMONOC坐标时间序列的周年振幅与年均降雨量的拟合优度分别为0.64和0.37.在研究水文负载对GNSS坐标时间序列的影响时,除了土壤湿度、积雪以及冠层水,降雨量也是不可忽略的因素.

    水文负载降雨量CMONOC坐标时间序列拟合优度周年振幅

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    非均匀采样加权最小二乘圆拟合的潜艇承压检测数据处理方法

    王中彭飞韩玉超孟庆旭...
    970-976页
    查看更多>>摘要：为了最大程度抵抗深水压力,潜艇耐压壳体常采用柱锥结构形式,在建造和修理时需要检测各肋骨剖面圆度.因现场条件限制或融合使用多种不同测量手段获取数据,测量采样点常呈现非均匀性,导致经典最小二乘圆拟合的结果与实际情况存在偏差,尤其对用作圆度判定条件的最大挠度影响显著.基于经典Pratt圆拟合方法,运用先直接拟合,再根据对应圆心角定权、最后加权拟合的三步走策略,提出一种新的非均匀采样加权最小二乘圆拟合方法及其定权规则,用于潜艇承压检测数据处理.对标准椭圆采样分析数值实验表明,所提方法能够较好地消除非均匀采样对圆拟合的影响,拟合计算得到的最大挠度更加准确,具有较好的精度和工程实用价值,可以用于潜艇耐压壳体圆度测量非均匀采样点的圆拟合计算.

    潜艇耐压壳体圆拟合非均匀采样加权最小二乘法

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