专利名称：基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明实施例涉及遥感技术领域，尤其是一种基于遥感图像的区域目标运动速度
获取方法及装置。
背景技术：
近年来，地表频繁发生活动，若地表过于活跃会致使引发灾难性的后果，例如湖泊溃坝引发的洪水、山体滑坡引发的泥石流等，其中区域目标运动是地表运动变化的一个重要特征。然而，目前对区域目标运动进行监测的数据却严重缺乏，难以依据监测数据研究区域目标自身的特性，也增加了由区域目标运动弓I发的灾害预警的难度。 现有技术中，通过遥感影像的相关分析对区域目标运动速度进行监测，具体地，将图像分割成多个格网，从多个格网中选取一个窗口，对不同时相获取到的两幅图像上的窗口内的纹理特征进行跟踪并计算区域目标运动速度。在对区域目标运动速度的实际监测情况中，由于非平移的变化对尺寸较小的网格影响较大，若有小范围内的区域目标发生非平移的变化，致使网格匹配错误，从而大大降低了区域目标运动速度的准确性。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法及装置，提高计算区域目标运动速度的准确性。 本发明实施例提供一种基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法，包括
在第一图像与第二图像中获取两个以上尺寸的相匹配的窗口分别对应的两个以上的速度场的变化因子，所述第一图像与所述第二图像为遥感图像； 根据所述两个以上的速度场的变化因子从所述第一图像的所述两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸； 计算所述最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度。 本发明实施例还提供一种基于遥感图像的区域目标运动速度获取装置，包括
第一获取模块，用于在第一图像与第二图像中获取两个以上尺寸的相匹配的窗口分别对应的两个以上的速度场的变化因子，所述第一图像与所述第二图像为遥感图像；
第二获取模块，用于根据所述两个以上的速度场的变化因子从所述第一图像的所述两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸； 计算模块，用于计算所述最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度。 本发明实施例提供的基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法及装置，通过两
个以上的速度场的变化因子从第一图像的两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸，计
算最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度，提高了速度场的空间分辨率，确保了速度
场的平缓变化，提高了计算区域目标运动速度的准确度。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 图1为本发明基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法一个实施例的流程示意图； 图2为本发明基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法又一个实施例的流程示意图； 图3为图2所示实施例步骤201中窗口与搜索区域的示意图； 图4为图2所示实施例步骤204中窗口尺寸与FVV的曲线关系示意图； 图5为本发明基于遥感图像的区域目标运动速度获取装置一个实施例的结构示
意图； 图6为本发明基于遥感图像的区域目标运动速度获取装置又一个实施例的结构示意图。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 遥感图像的相关技术是解算区域目标运动速度的有效手段，通过对两幅遥感图像
进行窗口匹配，确定两个窗口之间的坐标偏移量，进而得到窗口区域的运动速度。 可以理解的是，根据物质平衡原理，区域目标的运动速度在一个较大的范
围内是渐变，小范围内的区域目标速度明显高于或低于周围邻近区域目标的速度是
不合理的。为了评价图像上获得的区域目标在邻近区域内的地表速度，本发明实施
例设定一个速度场的变化因子(Factor of Velocity Variation,简称FVV)，通过
<formula>formula see original document page 5</formula>
算得到FVV，其中，Rx， Ry分别为遥感图像在XY坐标系中X方向和Y方向上的像素间隔，<formula>formula see original document page 5</formula>
-为x方向速度差的权重，-
-为Y方向速度差的权重，其中，权重在本发明<formula>formula see original document page 5</formula>
实施例中表示两对相邻的窗口，在速度差相同的情况下，像素间隔越大对应的FVV值越小；
窗口尺寸为nXn像素(n为大于等于l的正整数)，V(x，y)为中心在坐标(x， y)处的窗口
的速度，V(x+n，y)，V(x，y+n)是与坐标(x，y)相邻n个像素的窗口的速度；N为图像中参与
计算的区域目标内的窗口的总数。此外，本发明实施例中所述的区域目标具体可以是与地
面上的点目标(例如人、汽车等)相区分，具体可以指地表活跃区域，例如可以指大面积
的目标物，大面积的目标物具体为发生冰雪消融的大面积区域、发生山体滑坡的大面积区域等。 图1为本发明基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法一个实施例的流程示 意图，如图1所示，本发明实施例包括如下步骤 步骤101、在第一图像与第二图像中获取两个以上尺寸的相匹配的窗口分别对应
的两个以上的速度场的变化因子，其中，第一图像与第二图像为遥感图像； 步骤102、根据两个以上的速度场的变化因子从第一图像的两个以上尺寸的窗口
中获取最佳的窗口尺寸； 步骤103、计算最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度。 本实施例中，第一图像(也称为主图像)与第二图像(也称为从图像)为同一区域 目标、不同时相的遥感图像数据，本发明实施例中的时相具体指第一图像的拍摄时间与第 二图像的拍摄时间，例如第一图像为拍摄于2007年01月06日的中国西部天山区域目标 的遥感图像，第二图像为拍摄于2008年02月06日的中国西部天山区域目标的遥感图像， 则第一图像与第二图像的拍摄时间间隔为13个月。 本发明实施例提供的基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法，通过两个以上 的速度场的变化因子从第一图像的两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸，计算最佳 的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度，提高了速度场的空间分辨率，确保了速度场的平 缓变化，提高了计算区域目标运动速度的准确度。 图2为本发明基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法又一个实施例的流程 示意图，图3为图2所示实施例中步骤201中窗口与搜索区域的示意图，图4为图2所示实 施例步骤204中窗口尺寸与FVV的曲线关系示意图；本实施例中，第一图像(也称为主图 像)与第二图像(也称为从图像)为同一区域目标、不同时相的遥感图像数据，本发明实施 例中的时相具体指第一图像的拍摄时间与第二图像的拍摄时间，例如第一图像为拍摄于 2007年01月06日的中国西部天山区域目标的遥感图像，第二图像为拍摄于2008年02月 06日的中国西部天山区域目标的遥感图像，则第一图像与第二图像的拍摄时间间隔T为13 个月；如图2所示，本发明实施例包括如下步骤 步骤201、分别计算第一图像中两个以上尺寸的窗口与在第二图像上相对应的搜 索区域的相关系数，其中，每一个尺寸的窗口在第二图像中的搜索区域内对应一个相关系 数集合； 其中，在第一图像上获取多个尺寸不相同的窗口，在第二图像上找到与第一 图像上的多个尺寸不相同的窗口分别相匹配的多个尺寸不相同的窗口 ；在第二图像的 搜索区域内计算与第一图像上的每一个尺寸对应的窗口的相关系数，由于预设的搜索 区域大于窗口的尺寸，因此当窗口在搜索区域内滑动计算相关系数时，每一次滑动计 算都会得到一个相应的相关系数，因此第一图像上的每一个尺寸的窗口在第二图像中 的搜索区域都对应一个相关系数集合；例如在第一图像上得到六个尺寸的窗口，分辨 率分别为10X10、20X20、30X30、40X40、50X50、60X60，当计算第一图像上的尺寸 大小为10X10的窗口在第二图像上的相关系数集合时，则可以在第二图像上设定大 小为15X15的搜索区域；如图3所示，可以通过相似指数(Similarity Index,简称<formula>formula see original document page 7</formula>所述的相关系数，f(x，y)为第一图像上的一个窗口 (本实施例为描述方便将该窗口命名为 窗口 P)内的像素的灰度值，g(x， y)为第二图像上与该窗口 P相匹配的窗口 (本实施例为 描述方便将该窗口命名为窗口P')内像素的灰度值。u，v是第一图像上的窗口P和第二图 像上的窗口 P'间的坐标偏移量，E S(u， v)分别是第一图像上的窗口 P和第二图像上的窗 口 P'内像素的平均灰度值，N， M为窗口的尺寸，通过在搜索区域内计算得到多个与第一窗 口相匹配的窗口的相关系数，从而进一步得到相关系数集合。 步骤202、在每一个相关系数集合中获取数值最大的相关系数，将第二图像上的最 大的相关系数相对应的窗口作为与第一图像上的窗口相对应的匹配窗口；
步骤203、在两个以上的匹配窗口中分别计算区域目标的速度场的变化因子，得到 两个以上的速度场的变化因子； 具 体 地 ，
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，Rx， Ry分
别为第一图像在XY坐标系中X方向和Y方向上的像素间隔，
-为x方向速度差的
权重，-
-为Y方向速度差的权重，n表示所述窗口的尺寸，为大于等于1的正整数)，
W + W
V(x，y)为中心在坐标(x，y)处的窗口的速度，V(x+n，y)，V(x，y+n)是与坐标(x， y)相邻n 个像素的窗口的速度；N为图像中参与计算的窗口的总数。 步骤204、在由速度场的变化因子与窗口尺寸形成的坐标系中根据第一图像的两 个以上尺寸的窗口尺寸从小到大的顺序依次每隔设定点数拟合直线； 步骤205、当确定直线的曲率小于设定门限值时，则将设定门限值所对应的窗口尺 寸作为最佳的窗口尺寸。 如图4所示，上述步骤204和步骤205中，在速度场的变化因子与窗口尺寸形成 的坐标系中，当窗口尺寸越大时，对应的速度场的空间分辨率就会降低，例如窗口尺寸为 50X50像素与窗口尺寸为30X30像素的速度场的空间分辨率要低。由此，将FVV值由剧烈 变化到平缓变化的转折点对应的窗口尺寸为最佳窗口尺寸，既可以保证速度场变化的程度 较小，又可以保证速度场的空间分辨率；以设定点数具体为三个点为例进行说明，如图4所 示，在曲线上由窗口大小为零开始，每邻近三个点拟合一条直线，当直线曲率绝对值小于预 设门限值0. 2时，认为曲线开始变得平缓，将该直线曲率为0. 2的坐标点相对应的窗口尺寸 作为最佳的窗口尺寸。 步骤206、计算最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度； 具体地，可以根据公式M =
* Ax)2 + (Wy * Ay)2计算最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度；其中，Vh为第一图像上的区域目标平面速度，Rx，Ry为第一图像在XY 坐标系中X方向禾P Y方向上的像素间隔，T为第一图像与第二图像拍摄的时间间隔，A x为 第二图像与第一图像的窗口中心坐标在X方向上的坐标偏移量，Ay为第二图像与第一图 像的窗口中心坐标在Y方向上的坐标偏移量。 本发明实施例提供的基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法，通过两个以上 的速度场的变化因子从第一图像的两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸，计算最佳 的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度，提高了速度场的空间分辨率，确保了速度场的平 缓变化，提高了计算区域目标运动速度的准确度。 图5为本发明基于遥感图像的区域目标运动速度获取装置一个实施例的结构示 意图，本发明实施例可以实现上述图1和图2所示实施例的方法流程；如图5所示，本发明 实施例包括第一获取模块51、第二获取模块52、计算模块53 ; 其中，第一获取模块51在第一图像与第二图像中获取两个以上尺寸的相匹配的 窗口分别对应的两个以上的速度场的变化因子，其中，所述第一图像与所述第二图像为遥 感图像；第二获取模块52根据所述两个以上的速度场的变化因子从所述第一图像的所述 两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸；计算模块53计算所述最佳的窗口尺寸相对 应的区域目标运动速度。 本发明实施例提供的基于遥感图像的区域目标运动速度获取装置，第二获取模块
52通过两个以上的速度场的变化因子从第一图像的两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗
口尺寸，计算模块53计算最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度，提高了速度场的空
间分辨率，确保了速度场的平缓变化，提高了计算区域目标运动速度的准确度。 图6为本发明基于遥感图像的区域目标运动速度获取装置又一个实施例的结构
示意图，本发明实施例可以实现上述图1和图2所示实施例的方法流程；如图6所示，本发
明实施例包括第一获取模块61、第二获取模块62、计算模块63 ; 其中，第一获取模块61在第一图像与第二图像中获取两个以上尺寸的相匹配的 窗口分别对应的两个以上的速度场的变化因子，其中，第一图像与所述第二图像为遥感图 像；第二获取模块62根据所述两个以上的速度场的变化因子从所述第一图像的所述两个 以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸；计算模块63计算所述最佳的窗口尺寸相对应的 区域目标运动速度。 进一步地，第一获取模块61还可以包括第一计算单元611、第一获取单元612、第 二计算单元613 ;其中，第一计算单元611分别计算所述第一图像中两个以上尺寸的窗口与 在所述第二图像上相对应的搜索区域目标的相关系数，其中，每一个尺寸的窗口在所述第 二图像中的搜索区域目标内对应一个相关系数集合；第一获取单元612在每一个相关系数 集合中获取数值最大的相关系数，将所述第二图像上的所述最大的相关系数相对应的窗口 作为与所述第一图像上的窗口相对应的匹配窗口 ；第二计算单元613在两个以上的匹配窗 口中分别计算区域目标的速度场的变化因子，得到两个以上的速度场的变化因子。
进 一 步 地，速 度 场 的 变 化 因 子 为
外2
'(x,_y)-K(x，_v + "))2
其中，FVV为所述速
8度场变化因子，Rx， Ry分别为所述主图像在XY坐标系中X方向和Y方向上的像素间隔，
d D 2为所述X方向速度差的权重，D 2-为所述Y方向速度差的权重，n表示所
述窗口的尺寸，为大于等于1的正整数)，V(x， y)为中心在坐标(x， y)处的窗口的速度， V(x+n，y)，V(x，y+n)是与坐标(x， y)相邻n个像素的窗口的速度；N为图像中参与计算的 区域目标内的窗口的总数。 进一步地，第二获取模块62还可以包括直线拟合单元621和确定单元622 ;其 中，直线拟合单元621在由所述速度场变化因子与所述窗口尺寸形成的坐标系中根据所述 第一图像的所述两个以上尺寸的窗口尺寸从小到大的顺序依次每隔设定点数拟合直线；当 确定单元622确定所述直线的曲率小于设定门限值时，则将所述设定门限值所对应的窗口
尺寸作为最佳的窗口尺寸。 进一步地，计算模块63根据公式^ =V(^*^)2+(^^4y)2计算所述最佳的窗
r
口尺寸相对应的区域目标运动速度，其中，Vh为所述第一图像上的区域目标平面速度，Rx， Ry为所述第一图像在XY坐标系中X方向和Y方向上的像素间隔，T为所述第一图像与所述 第二图像拍摄的时间间隔，Ax为所述第二图像与所述第一图像的窗口中心坐标在所述X 方向上的坐标偏移量，Ay为所述第二图像与所述第一图像的窗口中心坐标在所述Y方向 上的坐标偏移量。 本发明实施例提供的基于遥感图像的区域目标运动速度获取装置，第二获取模块
62通过两个以上的速度场的变化因子从第一图像的两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗
口尺寸，计算模块63计算最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度，提高了速度场的空
间分辨率，确保了速度场的平缓变化，提高了计算区域目标运动速度的准确度。 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、
设备、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过程序 指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执 行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、 RAM、磁碟或者光盘 等各种可以存储程序代码的介质。 最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
权利要求
一种基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法，其特征在于，包括在第一图像与第二图像中获取两个以上尺寸的相匹配的窗口分别对应的两个以上的速度场的变化因子，所述第一图像与所述第二图像为遥感图像；根据所述两个以上的速度场的变化因子从所述第一图像的所述两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸；计算所述最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在第一图像与第二图像中获取两个以上尺寸的相匹配的窗口分别对应的两个以上的速度场变化因子包括分别计算所述第一图像中两个以上尺寸的窗口与在所述第二图像上相对应的搜索区域的相关系数，其中，每一个尺寸的窗口在所述第二图像中的搜索区域内对应一个相关系数集合；在每一个相关系数集合中获取数值最大的相关系数，将所述第二图像上的所述最大的相关系数相对应的窗口作为与所述第一图像上的窗口相对应的匹配窗口 ；在两个以上的匹配窗口中分别计算区域目标的速度场的变化因子，得到两个以上的速度场的变化因子。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述速度场的变化因子为<formula>formula see original document page 2</formula>中，FVV为所述速度场变化因子，Rx， Ry分别为所述第-向上的像素间隔，--为所述X方向速度差的权重，图像在XY坐标系中X方向和Y方-为所述Y方向速度差的权重，n表示所述窗口的尺寸，为大于等于1的正整数，V(x，y)为中心在坐标(x，y)处的窗口的速度，V(x+n，y)，V(x，y+n)是与坐标(x，y)相邻n个像素的窗口的速度；N为图像中参与计算的区域目标内的窗口的总数。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述两个以上的速度场变化因子从所述第一图像的所述两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸包括在由所述速度场变化因子与所述窗口尺寸形成的坐标系中根据所述第一图像的所述两个以上尺寸的窗口尺寸从小到大的顺序依次每隔设定点数拟合直线；当确定所述直线的曲率小于设定门限值时，则将所述设定门限值所对应的窗口尺寸作为最佳的窗口尺寸。
5. 根据权利要求1 4任一所述的方法，其特征在于，所述计算所述最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度包括<formula>formula see original document page 2</formula>根据公式^=计算所述最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度，其中，Vh为所述第一图像上的区域目标平面速度，Rx， Ry为所述第一图像在XY坐标系中X方向禾P Y方向上的像素间隔，T为所述第一图像与所述第二图像拍摄的时间间隔，A x为所述第二图像与所述第一图像的窗口中心坐标在所述X方向上的坐标偏移量，A y为所述第二图像与所述第一图像的窗口中心坐标在所述Y方向上的坐标偏移量。
6. —种基于遥感图像的区域目标运动速度获取装置，其特征在于，包括第一获取模块，用于在第一图像与第二图像中获取两个以上尺寸的相匹配的窗口分别对应的两个以上的速度场的变化因子，所述第一图像与所述第二图像为遥感图像；第二获取模块，用于根据所述两个以上的速度场的变化因子从所述第一图像的所述两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸；计算模块，用于计算所述最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块包括第一计算单元，用于分别计算所述第一图像中两个以上尺寸的窗口与在所述第二图像上相对应的搜索区域目标的相关系数，其中，每一个尺寸的窗口在所述第二图像中的搜索区域目标内对应一个相关系数集合；第一获取单元，用于在每一个相关系数集合中获取数值最大的相关系数，将所述第二图像上的所述最大的相关系数相对应的窗口作为与所述第一图像上的窗口相对应的匹配窗口 ；第二计算单元，用于在两个以上的匹配窗口中分别计算区域目标的速度场的变化因子，得到两个以上的速度场变化因子。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述速度场的变化因子为<formula>formula see original document page 3</formula>中，FVV为所述速度场变化因子，Rx， Ry分别为所述第一图像在XY坐标系中X方向和Y方向上的像素间隔，D ，d 2为所述X方向速度差的权重，D ，2D 2为所述Y方向速度差的权重，n表示所述窗口的尺寸，为大于等于1的正整数，V(x，y)为中心在坐标(x，y)处的窗口的速度，V(x+n，y)，V(x，y+n)是与坐标(x，y)相邻n个像素的窗口的速度；N为图像中参与计算的区域目标内的窗口的总数。
9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块包括直线拟合单元，用于在由所述速度场变化因子与所述窗口尺寸形成的坐标系中根据所述第一图像的所述两个以上尺寸的窗口尺寸从小到大的顺序依次每隔设定点数拟合直线；确定单元，用于当确定所述直线的曲率小于设定门限值时，则将所述设定门限值所对应的窗口尺寸作为最佳的窗口尺寸。
10. 根据权利要求6 9任一所述的装置，其特征在于，所述计算模块用于根据公式 <formula>formula see original document page 3</formula>l计算所述最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度，其中， Vh为所述第一图像上的区域目标平面速度，Rx， Ry为所述第一图像在XY坐标系中X方向和Y方向上的像素间隔，T为所述第一图像与所述第二图像拍摄的时间间隔，Ax为所述第二图像与所述第一图像的窗口中心坐标在所述X方向上的坐标偏移量，Ay为所述第二图像与所述第一图像的窗口中心坐标在所述Y方向上的坐标偏移量。
全文摘要
本发明实施例涉及一种基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法及装置，其中方法包括在第一图像与第二图像中获取两个以上尺寸的相匹配的窗口分别对应的两个以上的速度场的变化因子；根据所述两个以上的速度场的变化因子从所述第一图像的所述两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸；计算所述最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度。本发明实施例提供的基于遥感图像的区域目标运动速度获取方法及装置，通过两个以上的速度场的变化因子从第一图像的两个以上尺寸的窗口中获取最佳的窗口尺寸，计算最佳的窗口尺寸相对应的区域目标运动速度，提高了速度场的空间分辨率，确保了速度场的平缓变化，提高了区域目标运动速度的准确度。
文档编号G01S17/58GK101776759SQ20101010673
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月3日 优先权日2010年2月3日
发明者李震, 黄磊 申请人:中国科学院对地观测与数字地球科学中心