基于倾斜刃边法航空相机像移的调制传递函数测量

由于航空相机拍照时存在像移,会导致成像质量下降,因此在航空相机中必须有像移补偿机构。目前一般采用主观判据,即通过人眼判别是否存在像移以及像移量的大小,来评价像移补偿系统的性能是否达到设计要求。主观判据受人的主观性影响较大,而且只能定性评价。为了建立航空相机成像质量与像移补偿系统其他指标之间的直接关系,提出使用倾斜刃边法测量航空相机像移的调制传递函数(MTF)。设计了相应的实验,实验中通过转台的转动模拟航空相机的扫描像移,分别通过倾斜刃边法测量像移的MTF和通过理论模型计算像移的MTF。实验结果表明,在空间频率为0.10cycle/pixel时,转台以3、5、8°/s转动时,两种方法得到的MTF之间的误差百分比分别为0.77%、1.15%、4.91%,进而证明了该方法的有效性。     

Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量方法

Bayer滤波型彩色相机广泛应用于航天遥感、空间对地观测、环境监测等领域.由于Bayer滤波片造成彩色相机相比黑白相机在像质方面进一步退化,如何对Bayer滤波型彩色相机成像性能全频段综合评价是目前亟待解决的问题.调制传递函数(MTF)是相机成像性能综合评价的关键指标,传统调制传递函数测量方法无法实现对Bayer滤波型彩色相机MTF全频段高精度测量.为了解决这个问题,本文提出了一种采用旋转刀口靶测量彩色相机调制传递函数的方法.理论方面,推导了Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量理论模型,仿真分析了刃函数采样率和刀口刃边倾斜角度误差对调制传递函数测量精度的影响,并给出了计算算法.实验方面,对彩色相机R,G,B三基色调制传递函数权重因子进行了实验定标,并搭建了基于条纹板和旋转刀口靶的彩色相机调制传递函数测量试验装置.采用旋转刀口靶法和条纹靶板法测量彩色相机MTF结果在耐奎斯特频率f_c处极差为0.061,在空间频率f_c/2处极差为0.043,试验结果验证了所提方法的有效性.     

去除大气邻近效应影响的遥感图像MTF计算方法

考虑到大气对遥感影像成像的模糊作用,在常用刃边法测量调制传递函数(MTF)的基础上,在大气校正中对邻近像元效应进行校正来去除大气MTF的影响,在真实的表反射率图像上利用刃边法计算MTF,结果更加接近实验室测量值,客观反映了传感器的MTF。此外,通过模拟实验分析了气溶胶光学厚度对在轨测量MTF的影响,表明该方法比传统刃边法更加适合在轨测量传感器MTF,更客观反映了传感器真实成像特性。     

去除大气邻近效应影响的遥感图像MTF计算方法EI北大核心CSCD

考虑到大气对遥感影像成像的模糊作用,在常用刃边法测量调制传递函数(MTF)的基础上,在大气校正中对邻近像元效应进行校正来去除大气MTF的影响,在真实的表反射率图像上利用刃边法计算MTF,结果更加接近实验室测量值,客观反映了传感器的MTF。此外,通过模拟实验分析了气溶胶光学厚度对在轨测量MTF的影响,表明该方法比传统刃边法更加适合在轨测量传感器MTF,更客观反映了传感器真实成像特性。     

刃边法检测空间相机MTF的方法研究

空间相机的MTF是描述成像系统的空间频率响应特性的重要指标之一。在介绍刃边法计算空间相机MTF原理的基础上,描述了刃边法的计算过程,结合天绘一号卫星在轨传感器MTF检测,对高分辨率相机的MTF进行了计算。结果表明,刃边法检测卫星相机MTF的方法可行,能够获得较好的评价结果。     

正态分布模拟倾斜刃边图像的MTF测量方法

调制传递函数(MTF)是评价光学成像系统信息传递频率特性的一个关键指标,倾斜刃边法是测量MTF的主要方法之一。为了解决传统倾斜刃边法对噪声图像边缘角度估计的不准确性,提出了一种基于正态分布拟合和中值点查寻的MTF测量新算法。通过正态分布函数模拟一幅与实际图像误差最小的模拟图像,利用中值点查寻法对模拟图像处理,求得最佳刃边角度,利用该角度求出实际图像的边缘扩散曲线,再通过费米函数拟合获得边缘扩散函数(ESF)。由实验结果可以看出,在图像噪声较大的情况下,对倾斜刃边角度估计的准确度得到了明显提升,进而也提高了MTF的测量精度。     

基于倾斜刃边法的调制传递函数计算及图像复原

调制传递函数(MTF)是描述光学成像系统信息传递频率特性的一个关键指标。在成像系统满足线性和空间不变性的条件下,对于含有点、狭缝和边缘等不同特征的图像,可以使用相应的方法计算得到成像系统的MTF。采用了倾斜刃边法来计算得到成像系统的MTF,分析了成像器件和算法步骤对计算结果产生的影响,进行了相应的校正,提高了计算结果的准确性。运用MTF补偿(MTFC)技术,分别使用了镜头MTF的设计值、测量值和计算值对实际拍摄得到的图像进行了复原。通过对以上3种复原图进行对比,实验结果证明了MTF计算值的可靠性和用于降质图像复原时的有效性。     

空间CCD相机高精度在轨调制传递函数估算

空间电荷耦合器件(CCD)相机在轨调制传递函数(MTF)估算由于噪声影响、边缘方向不够准确以及边缘扩展函数(ESF)构建精度低,而最终导致MTF估算精度低,针对此问题提出了一种适于空间CCD相机的高精度在轨调制传递函数估算方法。先根据CCD动态成像特点建立像移速度模型,求出精确的刃边方向,然后提取出满足要求的刃边图像。在考虑噪声情况下修正调制传递函数理论模型,并提出基于CCD相机传递函数参数模型的线扩展函数构建方法,对构建的线扩展函数进行求导和傅里叶变换得到估算的MTF。实验结果表明,此方法可以高效地在轨估算MTF,与传统方法相比,MTF估算的值提高了28.71%,有效性地提升了在轨MTF估算精度。     

全景式TDICCD摆扫航空相机像面旋转的高精度补偿

摆扫式相机在扫描成像过程中,必须保证扫描机构与像面探测器之间摆扫运动的同步性,如果二者之间出现角度偏差或速度偏差,就会引起像旋转现象,使图像模糊,造成图像质量的下降。以全景式时间延迟积分(TDI)CCD摆扫航空相机为例,利用坐标变换方法建立了像旋分析的数学模型,分析了位置同步误差与速度同步误差对成像质量的影响,提出了基于干扰观测器的同步补偿方法,保证了两个机构之间位置及速度的同步性,实现了调速控制器与同步控制器的独立设计,有利于实际应用。通过实验室静态分辨率成像实验及对外成像实验,对理论分析结果进行验证。实验结果表明基于本方法的位置及速度同步误差分别小于0.0043°、0.0695°/s,均满足补偿精度要求,在成像过程中图像的旋转及失真现象得到了明显的抑制,图像质量获得了大幅提高。     

正弦振动下动态调制传递函数分析与研究

振动导致航空相机成像分辨率下降,常采用动态调制传递函数(MTF)评价振动对成像质量的影响。根据线性光学系统的传递函数理论,针对任意频率的正弦振动,提出一种基于第一类贝塞尔函数的动态MTF计算方法,并以奈奎斯特频率处动态MTF不小于0.9为条件,得出低频振动的振幅容限随频率增加而减小,高频振动的振幅容限为0.2 pixel。通过对刀口靶标进行正弦振动下动态成像实验,得出理论计算结果与实验结果间相对误差小于4.25%,相比以往相关文献的分析结果,计算精度最大可提高18.5倍,因此该方法可用于预估和评价振动环境下航空相机的成像质量,对视轴稳定系统的设计具有指导意义。     

基于辐射状靶标的高分辨率光学卫星传感器像质评价方法研究

空间分辨率与调制传递函数(MTF)是高分辨率光学卫星传感器像质评价的重要参数,直接客观反映遥感器成像系统的成像质量。针对空间分辨率检测的辐射状靶标,提出一种与相同反射率大面积靶标相结合的方法,依据靶标调制度、传感器入瞳的物方调制度与像方调制度之间的关系,准确获取不含大气的星载遥感器成像系统在轨MTF与大气MTF值。实验结果表明:采用辐射状靶标法可同时获取星载遥感器成像系统空间分辨率与在轨MTF值,实时的大气MTF值为0.7519,基于辐射状靶标的在轨MTF检测结果与刃边法在轨MTF检测结果差异小于5%,该方法可用于实现高分辨率光学卫星传感器在轨像质评价。     

航空相机动态调制传递函数分析与研究

影像位移是影响航空相机分辨率的主要因素。用MTF对动态成像质量做出评价,确立合理的稳定系统性能指标,是设计过程中常用的手段。为此研究了匀速运动,变速运动和正弦运动条件下的动态MTF,针对目前无法准确评价的低频正弦运动,提出了基于离散相位区间的动态MTF计算方法。分析结果表明,在像模糊斑大小相同的情况下,高频振动对像质的破坏最严重,直线运动次之,低频振动最轻。根据所作分析可以针对给定的影像位移计算出相应的动态MTF,为航空相机像质评价提供了准确定量的参考。     

基于改进倾斜刃边法的CCD相机调制传递函数的测量

提出了一种在倾斜刃边法的基础上进行部分改进的方法。该方法由Canny算子检测采集到的图像中的刃边分割位置,结合刃边图像直方图呈双峰性的特点,利用类间方差最大化阈值分割算法（Otsu）计算对Canny算子性能具有决定意义的高阈值。以刃边区域中每行的质心为ESF中心位置,以0.1亚像素间距对Canny检测下每一行的分割位置及其刃边邻域像素进行离散采样,将获得的二维刃边信息数据沿着刃边方向整体投影成一维数据,得到提高采样率下平均处理的ESF。增加了测量结果的信噪比,运用该方法进行了实验室CCD相机整机系统的调制传递函数测试,对实验中影响MTF测试精度的因素进行了分析。实验测得在奈奎斯特频率处与理论值误差在5%以内。     

基于MTF的时间延迟积分CCD成像系统同步误差分析

通过像移调制传递函数MTF分析了TDI CCD行扫速率与运动像不同步时对相机成像质量的影响。为验证速度失配对TDI CCD相机成像质量的影响，针对应用环境，利用高对比度靶标对TDI CCD动态成像进行了仿真实验和动态测试，结果表明，在奈奎斯特频率范围内，只要将相机动态成像系统的同步误差控制在±2%的范围内，并使图像时钟处于连续多相的工作方式，就可以基本上消除同步误差对成像质量的影响。     

基于反射点源的高分辨率光学卫星传感器在轨调制传递函数检测

调制传递函数(MTF)可用来评估高分辨率光学卫星传感器像质,在轨MTF检测对于高分辨率卫星遥感数据的应用和未来卫星遥感器的发展具有重要意义。提出一种基于反射点源的直接检测方法,利用遥感影像数据计算得到成像系统的点扩展函数(PSF),进而获取系统的MTF值。根据成像关系和点光源图像数据,并利用非线性方程优化求解的方式得到被测光学卫星传感器成像系统的一维线扩展函数值,进而验证了可近似用高斯模型来表征高分辨率光学卫星传感器的PSF。实验结果表明,基于反射点源的光学卫星传感器在轨MTF检测结果与基于刃边靶标的在轨MTF检测结果的差异小于5%,能够实现高分辨率光学卫星传感器的在轨MTF检测。     

采用CCD错位成像技术提高图像质量

为了克服现有电荷耦合器件(CCD)错位成像实现方法结构复杂、对移位精度要求苛刻等缺点,提出并实现了利用高精度二维平移台对单个CCD相机整体二维移位,对一定物距远处靶标成像。采用三次B样条插值、交错重组,对得到的具有既定相互位移关系的多幅相互错位半个像元的低分辨率图像进行重建,得到高分辨率图像。采用刃边法估算点扩展函数,对重建高分辨率图像进行图像复原,得到最终高分辨率图像。结果表明,采用错位成像,图像目视视觉分辨力提高了1.4倍,图像混叠效应降低,图像复原将调制传递函数面积(MTFA)由0.1577提高到0.2937。实验表明,错位成像技术能提高图像分辨力,降低图像混叠,增强图像质量,图像复原可以有效补偿重建的高分辨率图像的调制传递函数(MTF),解决了错们成像中重建图像分辨力提高但MTF下降的问题。     

水下目标不同偏振特性对成像系统分辨率的影响

为研究具备不同偏振特性的目标对水下主动偏振成像系统分辨率的影响,设计了一套基于LED辅助照明的偏振成像实验系统。该系统在LED光源和成像设备前加入高偏振消光比的偏振光学元件,并使用两种不同表面偏振特性的目标,实现对水下环境的成像系统的特征图像获取。再利用倾斜刃边法处理实验图像,提取调制传递函数(MTF)。通过比较不同实验环境下,正交偏振成像和偏振差分成像的MTF值,得出偏振技术有助于抑制水下主动成像系统的前向散射光,提高系统整体分辨率的结论。针对不同性质的目标,应使用恰当的处理方式来获得高分辨率的图像。同时,该结论对线偏振和圆偏振照明条件皆适用。     

光源光谱特性对空间相机调制传递函数检测的影响

调制传递函数(modulation transfer function, MTF)检测是评价空间相机像质的重要手段.空间相机光学系统透过率和色差、探测器量子效率均与波长相关,采用不同光谱特征的光源所得到的MTF会出现偏差,光源光谱特性的影响不可忽略.针对这一问题,提出了一种分析光源光谱特性对空间相机MTF检测结果影响的方法,设计了空间相机光谱响应率和单色PSF标定装置及方法.利用所提方法及标定结果,计算了五种光源检测空间相机MTF时的理论值,发现氙灯和其他四种光源的MTF值偏差较大.对比卤钨灯和氙灯检测MTF时的理论值,发现卤钨灯所得MTF在全频段内均大于氙灯所获取的MTF,二者之间的偏差在中高频处最大,最大偏差为0.075.搭建了实验装置,分别采用卤钨灯和氙灯作为光源,利用倾斜刃边法检测MTF,发现二者所得MTF在各个频率点处的分布特征及偏差与理论计算结果相同,且最大偏差为0.057.理论及实验结果表明,本文方法能够准确评估光源光谱特性对空间相机MTF检测的影响.     

航空光电成像系统像移补偿技术研究

航空光电成像系统由于像移的存在导致成像分辨率下降,严重影响航空光电系统的整机性能。采用像移补偿技术可以提高航空光电系统成像质量。分析了移动探测器像移补偿技术原理与运动光学元件像移补偿技术原理,重点研究了基于快调反射镜(FSM)的高精度像移补偿技术。通过工程简化分析,分别推导了快调反射镜位于平行光路和会聚光路的像移补偿随动角度规律,并针对会聚光路中快调反射镜带来的离焦量进行分析,讨论了离焦量对光学系统波像差的影响。仿真结果表明,随着离焦量的增加,波像差呈线性增大趋势。通过分析光学系统波像差对其光学调制传递函数（MTF）的影响,结果表明F数等于8,在奈奎斯特频率处,当离焦量在0.1 mm以内,光学调制传递函数MTF的下降量在26.6%以内。     

基于空间相机时间延迟积分传感器拼接区图像的像移测量

为了对由飞船姿态不稳或隔振装置的振动抑制残余量等因素产生的宽频带像移进行测量,提出了基于时间延迟积分(TDI)传感器拼接区所成图像的像移测量方法。定义了偏移系数,用以衡量成像期间像移速度与TDI传感器积分时间之间的失配度,以调制传递函数(MTF)为相机成像质量评价指标,分析了失配度与成像质量之间的关系,确定了满足成像质量的像移测量方法的精度范围;利用两片TDI传感器拼接区所拍图像存在相同内容、拍摄时刻不同的特点,阐述了基于TDI传感器拼接区图像的像移测量原理。实验结果表明测量精度达到0.2377pixel,测量频带达到228Hz,证明该方法能够对宽频带、高精度的像移进行有效测量。