天基可见光红外多源视频跟踪方法研究

Surveillance of moving object on orbit is the essential part of remote sensing applications of commercial video satellite, but the state-of-the-art motion tracking methods fail the special space disturbance, which turns out to be the main constraint on the development of video field. This work studies and promotes the problem of motion detection from photogrammetrically visual and infrared image sequences, utilizing the sensor’s spectral characteristics and prior knowledge of sensed object, and from which abstract the generic and essential motion analysis methodology of video remote sensing. From image generation, object itself and environmental perturbation to motion processing, the main and detailed contents fall into three parts: 1) investigate how to improve and justify the image quality of remote sensing sequences with the help of device design and imagery degradation mechanism; 2) considering the special destabilization type of space borne system, discuss how to construct and update the model of object with resort to online learning technique and framework of tracker chain; 3) a complementary framework is proposed for 2D tracking and 3D tracking to enhance acquisition of stereo information. At last, simulation experiments are carried out on ground, and also the real datasets of coming video satellites are used to evaluate and measure the effectiveness and precision of the proposed and novel methods.

在轨动目标监视是商业视频卫星应用的重要部分，现有运动跟踪方法缺乏对天基成像扰动的适应性，极大地影响了该领域未来的发展。本项目面向典型的可见光红外波段探测特性与目标先验信息，实现一体化成像运动信息提取，探索多源视频遥感目标运动分析关键技术。对探测环节、外界干扰、目标跟踪方法进行技术分析，具体开展的研究内容为：1）结合波段探测特性与在轨成像退化机制，研究遥感视频图像质量提升与在轨校正方法；2）针对天基对地监测独特的外界扰动特性，引入在线学习和跟踪级联方法，构建和更新天基成像目标外观模型，实现长时一体化二维稳定跟踪方法并进行扩展；3）研究天基成像目标三维跟踪及立体运动信息提取技术，采用多种先验知识，形成二维跟踪与三维信息提取互补的处理方法。最后，开展仿真实验并根据在轨型号数据验证项目中新技术、新方法的有效性和精度。

本项目面向商业视频卫星应用，针对在轨动目标监视问题，结合典型的可见光红外波段探测特性与目标先验信息，实现一体化成像运动信息提取，探索多源视频遥感目标运动分析关键技术。对成像链路中的探测环节、目标本身、外界干扰进行技术分析，具体开展的研究内容为：1）结合波段探测特性与在轨成像退化机制，研究遥感视频图像质量提升与在轨校正方法；2）针对天基对地监测独特的外界扰动特性，引入在线学习和跟踪级联方法，构建和更新天基成像目标外观模型，实现长时一体化二维稳定跟踪方法并进行扩展；3）研究天基成像目标三维跟踪及立体运动信息提取技术，采用多种先验知识，形成二维跟踪与三维信息提取互补的处理方法。最后，开展仿真实验并根据在轨型号数据验证项目中新技术、新方法的有效性和精度。..截至2020年12月，开展了以下研究工作，共发表SCIE期刊论文2篇（Journal of Applied Remote sensing），SCI期刊论文一篇（基金支持，Optical Engineering），EI期刊论文1篇（光学学报），参加国际会议3次（9th ICGIP 2017、4th ICRSTA 2018、5th ICMIP2020），授权普通发明专利6项，受理普通发明专利2项。.1）遥感图像去模糊研究，项目组提出了一种修正的且更为实用的方法，主要包括盲卷积获取和非盲去卷积两部分。；.2）高分辨率遥感图像去雾霾方法（以GF-1及Superview为例），基于图像暗通道原理，将该方法扩展到遥感图像去除雾霾的处理；.3）视频卫星预处理技术梳理（以珠海一号为例），发表了目前视频卫星辐射及几何处理的全流程；.4）面阵凝视相机立体成像数字表面模型自动生成技术研究，提出一种POS辅助的密集匹配方法；.5）可见光红外一体化视频目标跟踪研究，提出红外和可见的级联工作原则；.6）红外点目标检测及跟踪方法研究，提出一种快速的背景方差估计方法提取疑似目标并进行跟踪；.7）遥感视频目标轨迹跟踪方法研究及在轨实验，对在轨遥感动目标进行跟踪验证；.8）三维姿态解算及跟踪系统，实现三位姿态跟踪原型。