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。     

基于MTF的红外遥感图像复原

在红外遥感图像复原过程中,一般是采用刃边法获得调制传递函数的。然而,该方法存在图像刃边位置难以确定,以及提取的像素点较少等缺点。为了解决上述问题,实验设计了一种新的调制传递函数测量方法,通过直接移动刃边来观察一个像素点在刃边附近灰度值的变化情况,然后对这些数据点依次进行拟合、微分、傅里叶变换等步骤就得到系统的调制传递函数,最后,用逆滤波和维纳滤波进行图像复原。实验结果表明,通过该方法得到MTF后进行图像复原效果较好。     

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。     

ETM图像大气邻近效应校正

准确地利用所获遥感图像反演地物的反射率,是提高遥感图像后续产品的质量和遥感定最化应用的前提.然而,由于大气对电磁波的散射作用,星载传感器所接收到的被观测目标的电磁辐射信号包含了来自背景地物的贡献,产生了邻近效应,使得所获遥感图像模糊不清,对比度降低,反演的地物反射率精度下降,从而降低了遥感图像后续产品的质量和定量遥感的精度.以ETM图像为实验数据,根据大气辐射传输模型,采用点扩散率函数法进行了ETM图像大气邻近效应校正实验.实验结果表明,经过大气邻近效应校正后,ETM图像的对比度明显增大,图像清晰,可识别细节增加,反演的地物反射率更加准确.     

基于MTF辅助正焦判断的自动调焦搜索算法

针对传统爬山搜索算法受调焦评价函数局部极值的干扰而不能准确聚焦的问题,提出一种基于调制传递函数辅助正焦判断的自动调焦搜索算法.该算法对爬山法进行改进,在选择图像清晰度评价函数基础上,同时考虑图像的调制传递函数值,综合判断搜索方向;采用改进的刃边法,在自动完成刃边区域选择的基础上,可精确计算图像的调制传递函数值,并给出了改进算法的原理和实现.为了衡量改进算法的性能,验证调焦系统成像效果,分别考虑搜索算法对不同调焦初始位置以及环境变化影响,在经纬仪自动调焦系统平台上展开算法的调焦实验分析.实验结果表明改进的自动调焦搜索算法能有效地排除局部极值干扰,使系统准确、可靠的调焦.     

基于改进倾斜刃边法的光电成像系统MTF高准确度测试

提出一种能高准确度测试光电成像系统调制传递函数的改进的倾斜刃边法.利用一种自动确定高低阈值的改进Canny算子提取边缘位置点,对提取到的边缘位置点进行线性拟合求得刃边倾角,在利用费米函数拟合边缘扩散函数的过程中,提出一种邻域平均值和设定误差容限的多重去噪改进方法.通过仿真与物理实验证明了本文方法的有效性,并分析了刃边倾角、噪声变化对本文方法与传统方法MTF测试准确度的影响.实验结果表明:本文方法的调制传递函数测试准确度达到0.004 9,重复准确度达到0.003 1,皆优于传统方法;说明其具有较高的测试准确度和良好的测试重复性,并且具有较强的抗噪性,基本不受刃边倾角变化的影响.     

大气湍流对航空光电侦察图像质量影响因素分析北大核心CSCD

大气湍流效应是严重影响航空光电侦察系统图像质量的重要因素之一。从大气湍流参数描述出发,研究了大气湍流对光学系统成像质量的影响机理,分析了大气湍流影响光学系统调制传递函数(modulation transfer function,MTF)的影响因素,建立了大气湍流影响光学系统成像MTF的理论模型。仿真结果表明,在大气湍流影响下,光学系统光瞳口径与大气相干直径的比值对光学系统成像MTF影响较大。通过光学系统地面外场实验图像测试对比,验证了实际光学系统受到大气湍流影响后的成像MTF理论模型。研究结果可为大气湍流影响下的航空光电侦察系统设计及提升其成像质量提供理论支持。     

卡塞格林光学遥感系统的图像复原

卡塞格林光学遥感系统相当于一个望远系统和环形光阑的组合,无穷远物的夫琅禾费衍射谱是圆孔衍射和圆屏衍射共同作用的结果.由于系统次镜中心遮拦的影响,损失了一部分衍射谱,造成了系统调制传递函数(MTF)在中频段的下降,影响了成像质量.设计了一个2 m焦距的改进型卡塞格林光学系统.为了弥补系统成像质量的损失,运用调制传递函数补...     

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。     

运动与离焦模糊图像的复原

在运动和离焦所引起的图像模糊的情况中,本文提出了一种新的基于霍夫变换区分离焦模糊和运动模糊两类模糊的方法.该方法通过比较霍夫变换矩阵中的亮点数来区分两类模糊,不仅正确率达到100%,而且抗干扰性能好;其次通过对运动模糊图像做两次方向微分,估计其模糊方向,提高了模糊方向的估计准确度;最后利用改进的Prewiit算子和费米函数计算模糊图像的刃边函数,进而得到图像的调制传递函数,再利用维纳滤波复原图像.实验结果表明:本文算法不仅具有有效性和强抗噪音能力,而且对图像的信噪比要求可以低到20 dB;与传统算法相比,提高了图像的复原质量.     

湍流大气中的有限孔径平面镜反射波的二阶统计特性EI北大核心CSCD

利用复高斯函数展开法,有限尺寸圆形平面镜被分解为一系列高斯孔径的叠加。在此基础上,利用ABCD矩阵结合Rytov近似,计算了湍流中有限尺寸圆形平面镜回波的平均强度及后向增强系数,揭示了反射波二阶矩振荡区间的存在。通过计算相干度函数及相干长度,证明了振荡区间湍流会对波前产生更大的影响。     

航天光学遥感器在轨MTF评价的一元方法

通过对航天光学遥感器MTF模型和遥感图片的分析,从图像中提取出与MTF有关的特征信息,采用人工神经网络(ANN)作为工具,将这些特征信息作为ANN的输入向量。在对大量MTF已知的遥感图片进行训练后,ANN可以对未知的遥感图片进行MTF测试。这种方法被称为MTF的一元评价方法,即通过对遥感器传输下来的任意一幅地面景物图像进行MTF的在轨评价,无需在地面铺设特定形状靶标或已知的参考图片。实验结果表明,平均评价误差约为5%,具有很强的抗噪声能力。     

基于生物光学模型的水体多源遥感图像融合算法研究EI北大核心CSCD

针对内陆湖泊水环境遥感监测缺乏合适数据源这一问题,基于水体生物光学模型与传统图像融合算法,开发了一种适用于复杂内陆二类水体的生物光学融合(BOF)算法,用于融合多光谱数据和高光谱数据。利用Hyperion数据生成模拟数据集进行算法验证,并将实验结果与小波变换算法、Gram-Schmidt变换算法和色彩标准化算法分别进行对比,结果表明:从视觉效果来看,BOF算法较好地融合了高光谱数据的色彩信息和多光谱数据的空间细节信息;从图像精度指标来看,BOF算法不仅在多种分辨率差异下都得到最好的精度,且精度对分辨率差异不敏感;在叶绿素a浓度估算实验中,BOF算法也得到了最优的效果,均方根误差(RMSE)为9.817,其他三种算法的RMSE分别为18.841、15.913和15.655。新算法有较强的应用潜力,有望为内陆二类水体遥感监测提供更合适的数据源。     

基于地理位置信息的图像配准方法及精度分析EI北大核心CSCD

针对传统图像配准技术难以对海洋、沙漠、草原等特征不明显区域航空遥感图像进行配准的问题,提出了一种基于地理位置信息的航空遥感图像配准算法。依据载机定位定向系统测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中位置编码器测量的框架角位置信息,利用齐次坐标变换的方法求解配准点在大地坐标系下的投影。利用世界大地坐标系-84坐标系定义的地球椭球模型确定匹配点的经纬度信息,将相同地理位置信息的配准点进行配准。采用蒙特卡罗法仿真分析了载机姿态位置信息及框架角位置信息对配准精度及定位精度的影响。采用实际的航空遥感图像进行实验,结果表明,在载机飞行高度低于2000m,拍摄倾斜角小于18°时,配准精度可优于3m,遥感图像中的海上控制点的定位精度优于35m。     

Sagnac效应对光纤时间传递精度的影响分析EI北大核心CSCD

分析了光纤时间传递中Sagnac效应产生的原因,详细推导了地球表面任意两点间Sagnac效应授时误差的计算公式,仿真研究了Sagnac效应对光纤时间传递精度的影响。结果表明,Sagnac效应授时误差取决于光纤的纬度及其轨迹,当进行长距离时间传递时其误差值可能达到纳秒量级,必须对Sagnac效应进行精确的时延补偿或校准。     

一种光学遥感卫星多相机成像系统的高精度影像拼接方法EI北大核心CSCD

提出一种基于虚拟大相机的光学遥感卫星多相机系统成像数据的拼接方法,实现多相机影像的高精度拼接。该方法根据各单相机的几何成像模型,构建虚拟大相机的几何成像模型;利用坐标正算、反算过程对各单相机影像进行间接法几何纠正,得到虚拟大相机图像坐标系下的各虚拟单相机影像;将各虚拟单相机影像基于影像坐标信息拼接处理后得到最终的虚拟大相机影像。该方法利用虚拟大相机实现多相机影像的高质量拼接,为后期处理提供了与之相对应的高精度有理函数模型,可用于不同数量、不同分辨率的多相机系统实现全自动智能地面预处理。     

基于谱聚类和稀疏表示的高光谱图像分类算法EI北大核心CSCD

为了增强高光谱遥感图像的分类效果,提出基于谱聚类和稀疏表示的两级分类算法。利用谱聚类将待分类的像元及其邻域内所有的像元分成两类,利用联合稀疏表示模型确定按规则选取的其中一类的具体类别,并以该类别作为像元的类。该算法充分利用高光谱图像的光谱及空间信息,两级分类过程均考虑了噪声及区域边界对分类效果的影响。进一步利用空间信息对分类算法进行修正,即关联邻近像元的类别,平滑分类结果。数值实验表明,该算法的分类精度高、稳定性好、抗噪性强。     

对流层高度大气温度、湿度和气溶胶的拉曼激光雷达系统EI北大核心CSCD

为了实现大气温度、水汽(相对湿度)和气溶胶的实时同步探测研究,成功研制了一台日常观测的多参数探测拉曼激光雷达,采用高性能二向色镜和窄带干涉滤光片组成高光谱分辨率高效率拉曼分光系统,实现独立5通道大气回波信号的高精细分光和高效率提取,并研发了多参数同步反演算法,获得了大气水汽密度、温度和气溶胶消光系数廓线,结合水汽密度和温度得到了同时刻大气相对湿度的垂直变化特性。利用该系统在晴天和有云条件下对西安局地进行初步实验观测,获得温湿度及气溶胶廓线以及云层内水汽与逆温层的高度关系。实验结果表明,在探测时间15 min和激光能量150 m J的条件下,系统在晴天条件可实现高度16 km以下大气温度和湿度的同步探测,在有云条件下系统可实现大气底层和云层顶逆温层的精确探测,并可获得高层云层内和水汽层内大气水汽密度和相对湿度的同步增长趋势。实验数据与当地探空数据的多次随机比对在大气温度、湿度廓线上取得了较好的一致性,充分验证了该拉曼激光雷达实现对流层高度大气多参数同步探测的有效性和系统的可靠性。使用该系统可有效开展区域性大气的观测研究,为大气气候变化以及雾霾生消过程的研究提供可靠的实时探测数据。     

倾斜计算全息板标定补偿器误差EI北大核心CSCD

为了标定利用补偿器检测非球面的精度,提出采用倾斜计算全息法(CGH)校验补偿器,并将补偿器精度提高。介绍补偿器检测离轴非球面基本原理,同时结合工程实例,设计补偿器检测860 mm×600 mm的离轴高次非球面,通过加工与装配,仿真分析出装配后的补偿器精度为2.91 nm[均方根(RMS)值]。设计了利用倾斜式的计算全息板检测该补偿器的实验,并分析出利用该CGH校验补偿器的精度为1.79 nm(RMS值)。结果表明,受限于补偿器光学元件加工和组装精度,其检测精度未知,通过对补偿器误差进行检测与标定,可以确定利用该补偿器检测非球面的可行性并将其精度提高。