遥感图像处理及其在军事目标定位中的应用

多媒体技术及其应用本栏目责任编辑：李桂瑾１前言随着科技的不断进步，遥感工具的使用越来越频繁，人们能够从高空以及太空中来观察人类居住的地球，也能够利用获得的遥感图像进行一系列研究和探索。

现已应用于农林业、测绘、地质勘探、水利、气象、环境保护以及军事等部门，并取得了很好的效益。

军事目标是一项特殊的研究内容，如何充分利用遥感图像资料来分析和定位军事目标是需要解决的主要问题。

遥感图像资料主要来自遥感卫星以及侦察飞机拍摄的影像资料，本文主要研究利用无人侦察飞机拍摄的影像资料对军事目标进行定位的问题。

２遥感图像处理技术概论遥感图像处理是遥感技术的一个重要环节，它直接影响到遥感信息的增强提取和分析应用效果。

遥感图像处理技术一般可以分为两大类。

一是光学处理技术，它可以分为机械光学和光化学处理两种方法，机械光学又称电子光学或物理光学，主要是利用相干光光源作图像处理，譬如密度分割、位相交换、等照度变换等内容；光化学处理是依据摄影光化学原理，利用非相干光光源，即普通暗房摄影处理方法进行图像处理，它可以进行图像镶嵌、图像增强（包括反差调整、彩色增强、比值处理、边缘增强、黑白发色等）、图像密度分割、假彩色合成以及信息复合处理等；二是计算机数字图像处理技术，它可以精确地进行几何定位与几何校正，还可以多功能地进行图像镶嵌、图像增强（包括线性变换、直方图均衡、彩色增强、比值处理等等）、图像分类、图像统计分析、多波段图像组合以及信息复合处理等。

这些处理结果在地表环境要素不太复杂的情况下，完全可以定量化精确分析，应用效果比较好。

这里，我们主要就数字图像处理中的几何校正等方面进行研究与分析。

除此之外，遥感图像处理技术开始进行信息复合的研究应用工作。

这种处理技术主要是综合使用现有的遥感资料，挖掘遥感资料所提供的全部信息。

其作用是能够进行地物信息的验证、补充与更新，提高了遥感信息的实用价值。

因此可以说，信息复合处理技术实际上是建立遥感资料信息库的有效方法之一。

３目标定位方法传统的对计划外目标定位主要依靠人工现地判定，不仅精度得不到保证，而且作业时间一般来说较长。

随着科技的不断发展，越来越多的遥感卫星运用到军事中，使目标定位有了更进一步的发展。

但现阶段这些高技术定位装备只能保障战略、战役目标的定位，对一般战斗中出现的目标还不能达到及时精确的保障。

因此，利用低空无人侦察机的遥感图像信息来对作战中出现的目标进行定位，是很有研究价值的。

３．１图像信息的获取图像信息获取过程工作原理为接收天线收到“无人机”发出的侦察图像信号后，经高频电路送下变频电路进行信息处理，输出中频信号，经调制跟踪环解调，经７Ｍ低通滤波器提纯出视频信号，经视频放大和去加重电路后送往视频分配器分为两路标准视频信号，计算机便可将得到的图像实时记录并显示。

信息接收系统设计主要采用了图像同步跟踪和存储技术。

信息接收系统接收到“无人机”发射的视频图像后，利用图像采集软件通过视频信息采集卡截取“无人机”获取的战场视频图像，整个过程将采用多线程操作方式处理视频图像的采集与存储的接收事件。

线程之间同步协调则以二进制形式融合将图像文件进行同步存储，以便于利用其对图像信息进行进一步的处理。

３．２“三点”匹配定位方法应当指出，遥感图像处理技术一般要以常规资料与人为经验结合起来，即指处理人员最好要具备丰富的专业知识，这样才能得到理想的处理结果；同时也要采用多种处理方法的综合研究，才能满足各种专题信息的研究。

因此在实际工作中，对一幅遥感图像应当使用哪种方法和哪些技术手段，必须根据应用目的以及现有技术条件的可能来选择，讲究实效，使遥感图像处理技术真正为遥感应用服务。

由于图像信息是通过“无人机”的航拍而获取的，而在“无人机”拍摄过程中，又可能会受到天气、战场环境、拍摄区域地形状况、“无人机”飞行姿态等一系列因素的影响，通常会导致获取的遥感图像是发生了畸变的倾斜图像。

因此，在遥感图像信息处理过程中，关键要实现对倾斜图像的匹配校正。

３．２．１匹配校正方法在匹配校正过程（也即倾斜图像几何校正的过程）中，由于目标附近ＧＣＰ信息因受战场环境的影响，获得其信息非常困难，所以匹配过程应该使用尽量少的ＧＣＰ。

我们通过已知目标附近的三个ＧＣＰ的坐标，将倾斜图像进行几何校正。

由于只使用了三个ＧＣＰ，每个控制点的选取对校正结果的影响都很大，因此控制点一般选取地面上容易确定的标志物，如交叉路口、河流的尽头等。

此外，控制点的选取应尽可能地分散，若三个ＧＣＰ在共线，是不能够建立仿射坐标系的。

收稿日期：２００７－０８－１６作者简介：王楠（１９８１－），男，重庆人，解放军炮兵学院硕士研究生，研究方向：炮兵武器装备发展论证及效能分析；邓灵博（１９８３－），男，内蒙古自治区包头人，解放军炮兵学院硕士研究生，研究方向：炮兵武器装备发展论证及效能分析；何洪峰（１９８１－），男，安徽桐城人，解放军炮兵学院硕士研究生，研究方向：炮兵武器装备发展论证及效能分析。

遥感图像处理及其在军事目标定位中的应用王楠，邓灵博，何洪峰（中国人民解放军炮兵学院，安徽合肥２３００３１）摘要：对遥感图像进行了初步的介绍；提出了一种军事目标定位方法；利用实验对该目标定位方法进行了验证；对其应用前景进行了展望。

关键词：遥感图像处理；匹配校正；目标定位中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００７）１８－３１７１３－０２ＴｈｅＩｍａｇｅｏｆＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｉｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＭｉｌｉｔａｒｙＧｏａｌＬｏｃａｔｉｏｎＷＡＮＧＮａｎ，ＤＥＮＧＬｉｎｇ－ｂｏ，ＨＥＨｏｎｇ－ｆｅｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰＬＡａｒｔｉｌｌｅｒｙ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ，ｉｍａｇｅｈａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；Ｈａｖｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｋｉｎｄｏｆｍｉｌｉｔａｒｙｇｏａｌｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；Ｖｅｒｉｆｙｕｓｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｏｒｔｈｉｓｇｏａｌｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；Ｆｏｒｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｓｌｏｏｋｅｄａｈｅａｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴｈｅｉｍａｇｅｏｆｒｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；Ｍａｔｃｈｔｏｒｅｃｔｉｆｙ；Ｇｏａｌｌｏｃａｔｉｏｎ１７１３多媒体技术及其应用本栏目责任编辑：李桂瑾图１“三点”匹配定位原理图３．２．２匹配校正算法模型如图２和图３所示，设要求任意点Ｐ＇在倾斜图像坐标空间中的坐标位置，首先建立仿射坐标系。

在倾斜图像中以Ａ点为坐标原点，ＡＢ向量为横轴方向，ＡＣ向量为纵轴方向建仿射坐标系ＸｆＯｆＹｆ；在物空间中以Ａ＇为坐标原点，Ａ＇Ｂ＇向量为横轴方向，Ａ＇Ｃ＇向量为纵轴方向建仿射坐标系Ｘｆ＇Ｏｆ＇Ｙｆ＇。

图２倾斜图像坐标空间图３正视图像坐标空间过Ｐ＇点作Ａ＇Ｂ＇、Ａ＇Ｃ＇的平行线分别交Ａ＇Ｃ＇、Ａ＇Ｂ＇于Ｎ＇、Ｍ＇点，并求出Ｍ＇、Ｎ＇点坐标ＺＭ＇、ＺＮ＇；求出Ｍ＇、Ｎ＇点在倾斜图像坐标空间中坐标Ｍ、Ｎ的坐标ＺＭ、ＺＮ；再分别过Ｍ、Ｎ点作ＡＣ、ＡＢ的平行线，并交于点Ｐ，则Ｐ点即是Ｐ＇点在倾斜图像坐标空间中的位置，得Ｚｐ＝ＺＡ＋ＡＰ。

４实验我们可使用该方法对目标定位进行程序验证。

选取无人侦察校射飞机航拍的图像来进行校正试验，效果如图４、图５所示。

可以看到，利用三个控制点完全可对遥感图像进行较为精确的匹配定位，进而通过预定程序可迅速准确地确定目标中心的坐标。

因为我们所提出的算法是基于拍摄的物体离航拍的像机距离相同的假设，所以飞机离物体的距离越远，待测的物体离ＧＣＰ的距离越近，则校正的效果越好。

５结束语在航拍、摄影测量以及军事上的无人机摄像，所拍摄的对象大部分并不是在摄像机的正下方，而是与摄像机的正下方有一定的距离，从而导致所拍摄出来的图像不是正视图，而是具有几何变形的斜视图。

很多时候我们需要的是图像的正视图，或者能够通过若干个地面控制点ＧＣＰ（ＧｒｏｕｎｄＣｏｎｔｒｏｌＰｏｉｎｔ，遥感图像上易于识别，并可精确定位的点）的位置来计算图像上的其他点的具体位置坐标，所以将一幅遥感倾斜图像校正为正视图或者与ＧＩＳ中的电子地图进行匹配是很有价值的。

匹配前我们所能利用的有用信息往往是有限的，所以好的匹配校正算法不仅能达到较好的校正效果，同时也只需比较少的信息。

要确定一个平面至少需要三个控制点，本文提出的算法利用地面上的三个控制点即可以将倾斜图像校正为一幅所需的正视图，原理简单，易于实现。

图４无人侦察校射飞机航拍图像图５几何校正后与数字地图匹配效果且使用该定位方法，只要使用的ＧＩＳ数据有足够的精度，遥感图像匹配定位就有较高的精度，完全可满足战术级的要求。

此外，由于ＧＩＳ在军事上的应用ＭＧＩＳ已经相当成熟，而本文中图像信息处理的核心算法已经方便地集成到ＭＧＩＳ系统中，因此，在应用方面将是较为成熟和广泛的。

参考文献：［１］冈萨雷斯．数字图像处理（第２版）．北京：电子工业出版社，２００６．［２］俞根苗，邓海涛．弹载ＳＡＲ图像几何失真校正方法．西安电子科技大学学报（自然科学版），Ｖｏｌ．（３３），Ｎｏ．（３），２００６．６：３８６－３８９．［３］杨亚波，徐守时．一种卫星遥感图像目标位置快速精校正的新方法［Ｊ］．遥感学报，Ｖｏｌ．（９），Ｎｏ．（６），２００５．１１：６５３－６５８．［４］王家耀．军事地理信息系统的现状与发展，中国工程科学，Ｖｏｌ．（４），Ｎｏ．（１２），２００２．１２．１７１４电脑知识与技术。