线推扫式高光谱相机侧扫成像几何校正

线阵高光谱相机侧扫成像可以有效解决卫星遥感影像无法获取建筑物立面光谱数据等问题。阐述了课题组集成开发的线推扫式高光谱遥感监测系统组成部分及关键技术指标等;根据地面侧扫成像特点,详细推导了适合于线推扫式相机地面侧扫成像几何校正模型;给出了地理参考影像格网划分和重采样方法,并对数据采集过程可能出现的漏采现象提出解决方案。通过大量地面模拟实验,验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性,为同类产品的地面应用提供参考。     

微纳卫星高分辨视频相机光机结构设计与试验(特邀)

针对20 kg级微纳光学遥感卫星微型化视频相机要求,详述了其光机系统的设计、装调和试验,以及所使用的集成优化设计技术。该相机采用卡塞格林结合校正镜的光学系统,包括两个反射镜和一个校正镜组,为了获得最优的力热稳定性,反射镜采用了碳化硅材料。首先,基于20 kg级微纳视频卫星的任务及总体设计,提出了其所搭载的视频相机的指标要求;然后,分别介绍了该视频相机光学和光机结构系统;为了进一步提高轻量化率,在满足光学性能要求的同时,利用光机集成优化方法进行了轻量化设计,优化后光机系统质量仅3.03 kg,整机质量仅4.76 kg,一阶基频120 Hz以上;最后,开展了系统装调和地面力学摸底试验,试验结果表明其动力学性能和稳定性良好。     

长波红外双线列探测器推扫图像配准技术研究

宽波段成像仪上搭载了一个双通道长波红外相机,采用推扫方式成像。分析了相机获取的2个通道遥感图像存在的3种失配变换类型,结合SIFT特征算子,给出了一组配准参数,配准精度达到亚像素级,满足了利用双通道遥感数据和分裂窗算法反演地温的需求。     

异步推扫式遥感立体成像仿真系统

对三线阵CCD推扫式遥感立体成像方式进行了讨论,研究了推扫式遥感成像模型中的光学共线方程成像模型,分析了地形地貌梯度对推扫式遥感成像过程的影响.最后,在基于不变轨和固定姿态的前提下,以高斯合成曲面模拟三维地形地貌梯度,用数学仿真的方法验证了地形地貌梯度对推扫式遥感成像精度的影响,并结合嫦娥一号数据进行了分析.实验结果表明:推扫式遥感立体成像过程中,地形地貌起伏的梯度变化在飞行方向上引入了相邻轨图像的信息重叠或遗漏,在推扫方向上引入了投影误差.     

利用LSF实现推扫式遥感相机的自动调焦

为实现推扫式遥感相机自动调焦,结合推扫成像的特点提出了利用LSF作为图像质量评价函数来指导自动调焦的方法。该方法利用了LSF和MTF的傅里叶变换关系。经过边缘检测后,搜索刀刃边缘区域,提取边缘扩散函数ESF,并通过求导得到像元尺寸级的LSF;然后利用最小二乘法作LSF的曲线拟合得出亚像元尺寸级的LSF,并且由LSF的重要参数σ得到图像质量评价值(IQE)指导推扫式遥感相机的自动调焦过程;通过实验对该方法的准确性和实时性做了验证,并给出了调焦精度的计算方法,最后利用IQE改变步距的爬山坡法实现调焦过程,提高了对焦速度及可靠性。实验结果表明:调焦精度可达到0.1倍焦深,调焦一次动作不超过0.2 s。说明该方法在实时性和准确性的方面都得到了较好的体现,为推扫式遥感相机实现自动调焦提供了可能性。     

推扫相机激光干扰等效缩比模型研究及实验验证

随着激光技术的快速发展,推扫相机的激光干扰问题倍受关注。推扫相机一般有较高的角分辨率,口径大焦距长造价高,若按照对等要求进行干扰实验研究,其技术难度大实验费用高。针对激光对推扫相机干扰效果评价的难题,从推扫相机成像原理和激光对推扫相机干扰机理入手,提出了一个推扫相机激光干扰等效缩比模型,并通过实验对该模型进行了验证。实验表明:在推扫相机F数不变的前提下,保持相同的入瞳激光功率和积分时间,激光对缩比相机与原相机具有相同的干扰效应,即在两相机像面上的激光干扰面积基本相同。该研究成果可应用于激光对推扫相机干扰效果评价和相机激光防护研究等方面。     

微纳卫星导航通信一体化系统设计与实现

为了提高微纳卫星资源利用率,考虑体积、质量及功耗等多方面限制和要求,提出一种适用于微纳卫星的导航通信一体化系统实现方案,将卫星遥测遥控、数据传输、导航定位等功能进行融合设计,给出该系统设计方法,并详细阐述硬件平台、软件架构、数据协议的实现方法。最后提出采用FPGA、ASIC等集成电路技术的产品实现技术途径,实现高集成、小型化、轻量化和低功耗。目前该设计已经成功应用于多个卫星型号,最长在轨工作时间超过两年,至今状态良好,可以推广至其他微纳卫星应用。     

滤光片分光型高光谱相机发展现状及趋势（特邀）

高光谱相机可将成像技术与光谱探测技术相结合,在对目标空间特征成像的同时,可以对每个空间像元形成多个窄波段实现连续的光谱覆盖,不同光谱信息能充分反映地物内部的物理结构、化学成分的差异。与传统的空间二维成像相比,高光谱相机可以同时获取目标的空间和光谱信息,在一定的空间分辨率下,能够获取宽谱段范围内地物独有的连续特征光谱,对地物的精准识别和探测具有显著优势,目前已成为对地遥感重要的前沿技术手段,在农、林、水、土、矿等资源调查与环境监测等领域具有重要的应用价值。随着滤光片镀膜技术的飞速发展,极大地促进了滤光片分光型高光谱相机的研制,目前基于滤光片分光原理的高光谱相机以大幅宽、高空间分辨率、高光谱分辨率和轻小型的优势成为高光谱遥感载荷的重要组成部分,在微纳卫星高光谱星座组网中获得广泛应用。主要对滤光片分光型的高光谱相机进行了综述,介绍了国内外典型滤光片分光型星载高光谱成像载荷,以及地面在研的滤光片分光型高光谱成像系统,并分析了这些系统的技术方案、性能指标及应用前景,阐述了基于滤光片分光原理的高光谱相机的技术特点和优缺点,最后展望了滤光片分光型高光谱相机的发展趋势。     

基于功率谱的遥感相机自动调焦算法研究与实现

应用图像处理法针对线阵CCD推扫成像的遥感相机进行自动调焦研究.推扫成像的线阵CCD相机在任意时刻所拍摄的景物都是不同的,这就给对焦评价函数的选取增加了难度.用功率谱的方法对任意景物在空间频域进行分析表明,功率谱对于自然景物具有一定的不变性.由此建立了基于功率谱的对焦评价函数,并采用DSP FPGA的高速硬件系统方案实现自动调焦的算法.一系列的调焦实验表明,系统有较好的自动调焦性能,基于功率谱的对焦评价函数是可行的.     

复合线阵推扫偏振成像技术研究及方案设计

针对现有偏振成像方式存在的不足,提出了一种新的复合线阵推扫偏振成像方式,并对其支撑技术及可行性进行了详细分析,在此基础上给出一种机载平台偏振成像载荷的设计方案,解决了现有成像方式在提高空间分辨率、增大视场与载荷轻小型化之间的矛盾.     

基于视场合成的成像光谱仪数据采集系统设计

推扫式遥感仪器可以采用多个镜头进行视场合成以提高仪器的总视场.视场合成技术涉及光学、机械、电子学系统技术.电子学系统需要完成多镜头数据的采集、融合及其他处理.在光谱仪地面测试数据采集系统中,每个镜头对应一个独立的数据采集与处理模块.控制模块同步各子模块的数据采集,并通过FIFO接口获取各子模块数据,然后通过PCI数据采集卡发送到PC机中.所有模块插在一个底板中,底板完成模块间的连接.介绍了多镜头下数据采集系统的设计与实现.     

激光对推扫相机的干扰

针对激光对推扫相机干扰效应及其干扰机理等疑难问题,构建了一套推扫相机激光干扰实验系统.描述了实验系统组成、实验方法和步骤,开展了激光对推扫相机干扰实验,给出了实验结果.从线阵CCD探测器的结构和图像处理层面出发,对出现的干扰现象进行了机理分析,利用实验数据拟合出了相机入瞳激光功率与干扰面积的对应关系,分析了影响推扫相机输出图像上激光干扰面积的主要因素,并与激光对凝视相机的干扰进行了比对分析.该研究成果可应用于激光对推扫相机干扰效果评价和相机激光防护研究等方面.     

面阵凝视声光光谱成像技术及其轻小型无人机载应用探讨

近年来,轻小型无人机载光谱成像技术因航线自由,使用成本低等诸多优势在光谱遥感技术领域成为研究热点并得到广泛重视。基于面阵凝视的新型声光光谱成像技术的成熟运用为轻小型无人机遥感技术注入了新的活力。首先介绍了面阵凝视光谱成像技术途径,然后结合月球探测应用对声光光谱成像技术进行了论述。无人机载样机研制完成后开展无人机载应用试验,对试验数据进行分析和评价。最后,对基于声光光谱凝视成像技术的轻小型无人机载应用进行探讨及展望。     

水下单像素成像系统研究

基于压缩感知（CS,compressive sensing）理论,针对水下复杂的光学成像环境,结合水下距离选通技术、水下激光照明技术和CS单像素相机提出了一种新的水下成像方法。设计了水下CS单像素相机系统的框架结构,构建了相应的采样矩阵和重构算法等软件计算平台。通过理论分析计算,比较了本文方法和水下距离选通成像方法在成...     

多次采样技术在红外推扫系统中的分析与应用

介绍了影响红外推扫系统噪声等效温差(NETD)的参数,证明了多次采样技术可以显著降低系统NETD,提出了在驻留时间一定的情况下选择积分时间和采样次数的原则.通过短波红外相机实验表明多次采样技术可以显著提高图像质量.     

基于列相关的热红外高光谱遥感图像非均匀性校正

由于探测单元之间响应不一致、电子增益和偏置发生变化、焦平面污染和损伤等因素,推扫式热红外成像光谱仪获取的图像常常表现为图像列之间不均匀,条带噪声严重,影响了热红外高光谱遥感图像的后续处理和应用。结合推扫式成像光谱仪非均匀性的来源和成因,以相邻地物的相关性为理论基础,提出了适用于热红外高光谱遥感图像的非均匀性校正方法。该方法的步骤是,首先逐波段对原始热红外高光谱遥感图像进行标准矩匹配校正,得到标准矩匹配校正图像;然后,以标准矩匹配校正图像为基础,选择相邻两列像元中相同的地物像元;最后,用两列中相同的地物像元,通过线性回归得到后一列的校正系数,并对其进行校正,顺次遍历一个波段的所有列,完成一个波段图像的非均匀性校正。按照此过程,遍历一幅热红外高光谱遥感图像的所有波段,完成一幅热红外高光谱遥感图像的非均匀性校正。将该方法应用于推扫式热红外光谱成像仪实际获取图像的非均匀性校正中。结果表明,相比矩匹配方法,在保证非均匀性校正效果的情况下,本文方法的各列均值和标准差更符合实际情况。     

遥感图像星上背景扣除和灰度拉伸方案与实验

在遥感相机的实际应用中,卫星下传的图像灰度分布往往不佳,针对该问题展开了相关研究。分析了影响卫星下传图像灰度分布的因素,并以遥感相机成像电子学系统的系统参数为基础,给出了3种可行的星上图像背景扣除和灰度拉伸方案;推导了3种方案下获取图像的灰阶丰富程度公式,并确定了最优方案,即采用模拟和数字混合拉伸的办法,对初始量化位数的图像数据进行处理,然后舍掉后若干位,以数传规定位数下传。在实验室条件下,以实际的遥感相机成像系统为依托进行了实验。实验结果表明:文中提出的3种方案均能够实现遥感相机图像的星上背景扣除和灰度拉伸功能;但方案(三)得到的灰阶数量最多,成像效果最好,适合且能够应用于航天遥感相机当中。     

长焦距同轴四反射镜光学系统设计

低成本、高性能对地遥感微纳卫星是当前研究和开发的热点，为适应微纳卫星平台，要求空间相机具备小型、轻量化的特点。在其体积和质量的限制下，设计结构尽可能紧凑的长焦距大视场望远物镜是成功研制高分辨率对地遥感光学相机的关键，研究利用同轴四反射镜系统解决这一问题的可能性。首先，介绍无二次遮拦同轴四反射镜望远物镜的组成与工作原理；基于近轴光学和初级像差理论，导出几何约束条件和初级像差公式，给出结构紧凑的长焦距同轴四反镜系统的设计思想与方法；最后给出举例及设计结果。优化设计了全视场角11、有效焦距2 100 mm、F数为7的同轴四反射光学系统，总长228 mm，约为有效焦距的1/9，结构简单紧凑，像质接近衍射极限。     

星上多通道TDICCD相机内部的图像实时合成压缩

为了解决星上图像整合电路工作频率过高而造成的成像系统工作不稳定的问题,在相机的结构上进行创新,提出了一种基于FPGA平台实现的星上TDICCD遥感图像实时合成压缩方法。首先,介绍了星上多通道遥感图像实时合成压缩的原理;然后,针对TDICCD线阵推扫成像模式的特点,采用基于行的2D-DWT整型提升算法,提出了比特平面和编码过程全并行的EBCOT结构,实现了在对图像数据进行整合的同时进行图像的近无损压缩;最后,搭建试验平台进行验证,结果表明,在无损压缩和2倍压缩时,系统主时钟从原来的100 MHz分别降低为80 MHz和64 MHz,系统稳定,恢复图像的PSNR可以达到84 dB,满足大于80 dB的成像质量要求。处理每行的平均时间61.2 s小于相机的最小行周期63 s。算法稳定可靠,实时性好,实现了相机内部的合成压缩,满足实际工程需求。