一种面向星群多源图像的场景建模并行计算方法

本发明涉及遥感图像处理，尤其涉及一种面向星群多源图像的场景建模并行计算方法。

背景技术：

1、随着卫星技术和光学成像技术的发展，单一卫星可以获取多个高分辨率遥感图像，利用卫星星座可以获取星群多源遥感图像，星群多源遥感图像包括了星座中多个卫星获取的不同视角下的遥感图像。在一些特殊场景下，例如面对灾害救援或应急行动等特殊场景下，由于建模区域环境较为恶劣，使用单一的卫星遥感图像往往无法得到该行动区域的全貌，此时需要通过星群多源遥感图像的数据融合处理，实现整个行动区域的场景建模，获取整个行动区域的全貌。

2、传统的卫星遥感图像的场景建模处理通常针对的是单一局部场景的切片图像，在进行星群多源遥感图像的处理时，由于对于卫星遥感成像平台而言，信号的下行传输带宽很难支撑巨型星群的多源图像向地面的传输，因此针对星群多源遥感图像的场景建模处理，通常采用后处理的方式，具体将各个卫星的遥感图像分别传输到地面，在分别对逐个场景进行图像数据处理。

3、然而，采用上述方式进行星群多源遥感图像的处理时，由于在轨卫星仅做图像数据的收集和传输，建模处理全过程均在地面端后处理，导致图像的总处理时间延长，场景建模效率降低，会造成行动和决策的时间延后。并且，传统的卫星遥感图像的场景建模所有步骤均针对单一场景的切片图像数据进行，可处理的数据量较小，当数据量增加时，传统方法的速度会明显变慢，且很难在保证精度的情况下兼顾处理速度。此外，传统的卫星遥感图像的场景建模处理方法通常采用传统的地统计学方法来进行最后的建模，例如tin建模，其虽然可以减少平坦区域的冗余，对于地形的线状特征表示较好，能够进一步缩小场景建模过程中的数据量，提高计算效率。但是，其在提高计算效率的同时，在理论上忽略了非线性信息，无法表示一些特殊的空间地形类型，例如悬崖、洞穴和深坑等，不可避免地会导致delaunay三角剖分过程中的歧义性，会造成场景地形的巨大损失。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种面向星群多源图像的场景建模并行计算方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、提供了一种面向星群多源图像的场景建模并行计算方法，所述方法包括：

4、对星群中每个卫星获取的遥感影像分别进行在轨处理，获取每个卫星对应的遥感影像匹配结果；

5、分别将每个卫星对应的遥感影像匹配结果下传至地面端；

6、对所有遥感影像进行数据融合处理，统一遥感影像的空间坐标；

7、构建场景并行计算模型及其对应的并行计算求解算法，基于遥感影像匹配结果，利用场景并行计算模型及其对应的并行计算求解算法，求解生成场景模型。

8、在一些可能的实现方式中，对遥感影像进行在轨处理，获取遥感影像匹配结果，包括：

9、对遥感影像进行预处理；

10、利用多视影像联合平差方法对遥感影像进行处理，获取同名点匹配结果；

11、利用影像匹配算法进行遥感影像匹配，获取遥感影像匹配结果。

12、在一些可能的实现方式中，对遥感影像进行预处理，包括：

13、对遥感影像进行几何校正处理和目标增强处理。

14、在一些可能的实现方式中，构建场景并行计算模型及其对应的并行计算求解算法，包括：

15、确定原始解析模型；

16、根据原始解析模型，推导建立场景并行计算模型；

17、基于场景并行计算模型的推导原理，建立场景并行计算模型对应的并行计算求解算法。

18、在一些可能的实现方式中，原始解析模型为：

19、

20、

21、其中，

22、

23、f(x，y)表示解析模型，(x，y)坐标表示设定局部坐标系的坐标，ω1，ω2分别表示x方向和y方向的角速度，δx,δy分别表示x方向和y方向两点之间的距离，amn，bmn，cmn，dmn表示截断阶次m×n的对应系数，m，n表示设定变量，(x0，y0)表示设定局部坐标系原点o的坐标，δx，δy表示边界点分别沿着x轴和y轴距离原点o的距离，m和n分别表示从原点o到边界点沿着x轴和y轴方向的格网点个数。

24、在一些可能的实现方式中，场景并行计算模型为：

25、f(x，y)＝fa+fb+fc+fd

26、fa,fb，fc,fd表示因式矩阵，分别表示为：

27、

28、fsinx，fcosx，fsiny,fcosy表示系数矩阵，系数矩阵fsinx,fcosx,fsiny,fcosy的矩阵元素fsinx(i，m)，fcosx(i，m)，fsiny(n，j)，fcosy(n，j)分别表示为：

29、

30、a，b，c，d表示系数矩阵，系数矩阵a，b，c，d的矩阵元素amn，bmn，cmn，dmn分别表示为：

31、

32、msin,mcos,nsin,ncos表示矩阵，矩阵msin,mcos,nsin，ncos的矩阵元素msin(1，i)，nsin(j，1)，mcos(1，i)，ncos(j，1)分别表示为：

33、

34、矩阵h用于表示建模数据点(i，j)处的已知建模值，矩阵h的矩阵元素h(i，j)＝hi，j。

35、在一些可能的实现方式中，并行计算求解算法包括：

36、串行计算矩阵msin，nsin，mcos和ncos，以及矩阵fsinx，fcosx，fsiny和fcosy；

37、划分4个不同的指令流，分别顺序计算系数矩阵a和因式矩阵fa，系数矩阵b和因式矩阵fb，系数矩阵c和因式矩阵fc，系数矩阵d和因式矩阵fd；

38、对因式矩阵fa、因式矩阵fb、因式矩阵fc和因式矩阵fd进行相加，得到最终模型结果数据f。

39、在一些可能的实现方式中，并行计算求解算法包括：

40、划分4个不同的指令流，分别顺序计算矩阵msin、矩阵nsin、系数矩阵a和因式矩阵fa，矩阵msin、矩阵ncos、系数矩阵b和因式矩阵fb，矩阵mcos、矩阵nsin、系数矩阵c和因式矩阵fc，矩阵mcos、矩阵ncos、系数矩阵d和因式矩阵fd；

41、对因式矩阵fa、因式矩阵fb、因式矩阵fc和因式矩阵fd进行相加，得到最终模型结果数据f。

42、本发明技术方案的主要优点如下：

43、本发明的面向星群多源图像的场景建模并行计算方法通过在每个卫星上先进行遥感影像的处理匹配，而后将每个卫星将自身匹配后的遥感影像回传到地面端，在地面端融合星群的多源数据进行最后场景建模处理，能够显著提高星群多源遥感图像的处理和建模效率；同时，在进行星群多源遥感图像的建模时采用并行化的算法进行建模，能够兼顾多源图像数据的信息保真度和建模速度，在保证建模精度的情况下进一步提高建模处理速度。

技术特征：

1.一种面向星群多源图像的场景建模并行计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的面向星群多源图像的场景建模并行计算方法，其特征在于，对遥感影像进行在轨处理，获取遥感影像匹配结果，包括：

3.根据权利要求2所述的面向星群多源图像的场景建模并行计算方法，其特征在于，对遥感影像进行预处理，包括：

4.根据权利要求1所述的面向星群多源图像的场景建模并行计算方法，其特征在于，构建场景并行计算模型及其对应的并行计算求解算法，包括：

5.根据权利要求4所述的面向星群多源图像的场景建模并行计算方法，其特征在于，原始解析模型为：

6.根据权利要求5所述的面向星群多源图像的场景建模并行计算方法，其特征在于，场景并行计算模型为：

7.根据权利要求6所述的面向星群多源图像的场景建模并行计算方法，其特征在于，并行计算求解算法包括：

8.根据权利要求6所述的面向星群多源图像的场景建模并行计算方法，其特征在于，并行计算求解算法包括：

技术总结
本发明公开了一种面向星群多源图像的场景建模并行计算方法，包括：对星群中每个卫星获取的遥感影像分别进行在轨处理，获取每个卫星对应的遥感影像匹配结果；分别将每个卫星对应的遥感影像匹配结果下传至地面端；对所有遥感影像进行数据融合处理，统一遥感影像的空间坐标；构建场景并行计算模型及其对应的并行计算求解算法，基于遥感影像匹配结果，利用场景并行计算模型及其对应的并行计算求解算法，求解生成场景模型。本发明通过在每个卫星上先进行遥感影像的处理匹配，在地面端融合星群多源数据进行最后场景建模处理，能够提高星群多源遥感图像的处理和建模效率；同时采用并行化的算法进行建模，能够兼顾多源图像数据的信息保真度和建模速度。

技术研发人员：张瑞辰,曹璐,郭鹏宇,张飞,范广腾,季明江,马雅楠
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8