国产卫星传感器在轨 MTF检测方法的评价与研究

调制传递函数(MTF)是光学成像系统成像性能的一种重要的评价指标,其值的高低可以直接反映成像系统成像质量的好坏。本文基于MTF检测的理论基础和通过遥感影像来测定MTF的原理,借鉴国内外的研究经验,讨论了刀刃法、脉冲法、点光源法,以及利用了周期性靶标(辐射状靶标)来在轨检测MTF的方法和流程。使用中巴资源一号02C卫星和中国资源3号卫星的实际数据进行了测试,对上述的几种MTF检测方法进行比较和分析,进而得到卫星传感器在轨MTF检测在不同情况下的最优化方法。     

面向应用的CBERS-02星高分辨率相机成像数值模拟技术框架

技术框架研究的目标是准确仿真卫星高分辨率相机成像过程中辐射和几何质量的下降情况，从应用方的角度建立评价高分辨率卫星相机在国土资源领域的应用潜力和技术框架，并以CBERS-02B星HR相机在轨成像模拟为例进行了原理验证，同时对今后以国土资源应用评价为目标的高分辨率相机在轨成像模拟改进方案提出了建议。     

基于总体最小二乘的刃边法光学卫星传感器在轨MTF检测

调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)是评价光学传感器性能的一个重要指标。在深入了解MTF在轨检测的刃边法基础上,针对传统刃边法在刃边检测没有顾及系数矩阵误差的问题上,提出了一种顾及系数矩阵误差的基于总体最小二乘算法的刃边法在轨检测方法,结合国产高分辨率光学测绘卫星——资源三号卫星的辐射检校场的正视影像,计算出了其垂轨方向的MTF曲线及奈奎斯特频率出的MTF值。实验结果表明,该算法可以用于刃边法的刃边检测,可以进行光学卫星的在轨MTF检测。     

微振动对刚体空间相机图像质量的影响分析

航天光学遥感卫星的在轨微振动会对空间相机的成像质量造成影响。本文首先提出一种划分高频、低频振动的方式。然后将空间相机看做刚体,按照微振动带来相机位移、相机位移引起图像像移、像移导致MTF下降的顺序逐层进行分析,形成微振动对刚体空间相机成像影响的数学模型。最后提出一种空间相机对微振动的振幅要求的计算方法。     

GF-4卫星影像几何定位精度分析

几何定位精度是衡量卫星影像几何质量的一个重要参数。针对高分四号(GF-4)卫星静止轨道面阵成像特点,以Google Earth为参考基准,对在轨测试前后GF-4卫星多光谱相机影像几何定位精度进行评价。重点分析了影像几何定位精度与太阳方位角/高度角和卫星方位角/天顶角/姿态角之间的关系,同时探讨了卫星姿态角/成像时间对相机姿态角误差补偿参数的影响。研究结果可为进一步优化该类型卫星影像成像模型,实现高精度几何定位提供参考依据。     

GF-2星全色相机在轨MTF测量和图像复原研究

调制传递函数(modulation transfer function,MTF)不仅是监测遥感卫星光学相机在轨运行情况和性能的有效手段,也是对卫星图像进行复原处理的重要参数。利用刀刃法对高分二号(GF-2)卫星全色相机进行MTF在轨测量。在计算MTF的过程中,使用汉明窗对截取后的线扩展函数(line spread function,LSF)曲线进行处理,以抑制截取过程所造成的频谱泄露。此外,还对截取后LSF曲线的两端补0,扩展LSF曲线的长度,以提高傅里叶变换时的采样频率。实验结果表明,使用本文刀刃法计算所得的MTF采样密度比传统方法提高了5倍,使得MTF曲线更为平滑,提高了MTF的数值精度,有利于后续的图像复原处理。基于传统刀刃法和本文刀刃法计算所得的MTF测量结果,采用维纳滤波法分别对GF-2全色图像进行复原处理研究。结果表明,对2种方法得到的MTF测量结果的维纳滤波均可明显提高图像的清晰度和边缘细节信息;但使用本文方法得到的MTF结果可使复原后的图像在对比度、边缘能量和平均梯度等关键指标上均优于使用传统方法得到的MTF结果。     

GF-4卫星影像几何定位仿真分析

针对GF-4卫星静止轨道、高时间分辨率、面阵成像的特点,本文通过构建严格成像模型,实现了GF-4卫星影像几何定位仿真模拟。在对初始仿真定位结果进行分析后,建立了几何外检校模型,利用在轨真实成像影像和SRTM DEM对严格成像模型进行外检校处理,同时探讨了仿真控制点分布对相机姿态角常差检校的影响。试验结果表明,经过外检校处理后,构建的仿真模型能够有效模拟GF-4卫星在轨真实影像几何定位误差。     

GF-4卫星影像几何定位仿真分析

针对GF-4卫星静止轨道、高时间分辨率、面阵成像的特点,本文通过构建严格成像模型,实现了GF-4卫星影像几何定位仿真模拟。在对初始仿真定位结果进行分析后,建立了几何外检校模型,利用在轨真实成像影像和SRTM DEM对严格成像模型进行外检校处理,同时探讨了仿真控制点分布对相机姿态角常差检校的影响。试验结果表明,经过外检校处理后,构建的仿真模型能够有效模拟GF-4卫星在轨真实影像几何定位误差。     

基于卡尔曼滤波的光学遥感影像高精度复原处理

光学卫星成像系统调制传递函数(MTF)的准确量测是高质量影像复原的基础。传统的MTF测量方法忽略了卫星平台振动、影像噪声等因素的干扰,导致测量结果与真实值存在较大偏差,不利于影像质量的提升。本文在分析现有MTF测量方法的基础上,提出了基于卡尔曼滤波的高精度MTF测量方法,该方法利用卡尔曼滤波对实测的线扩展函数(LSF)进行迭代处理,获取无干扰的LSF,为影像复原质量的提高奠定基础。本文利用国产高分辨率卫星成像数据进行实验,采用边缘能量、对比度、奈奎斯特频率值作为复原前后影像质量评价的依据,实验结果表明,采用本文方法获取的MTF进行复原的影像无论是在边缘保持还是噪声抑制方面都优于传统方法。     

高分辨率光学遥感卫星在轨几何定标现状与展望

光学遥感卫星影像在轨几何定标是确保影像几何质量的必要环节。首先介绍了光学卫星在轨几何定标方法的研究现状;然后,对于当前主流的基于地面几何检校场的在轨几何定标方法,结合光学卫星地面分辨率不断提高的发展趋势,阐述了其受限于对参考影像的依赖而存在的问题;最后,论述了无需地面定标场的在轨自主几何定标的发展趋势,并提出了多种基于多角度交叉约束成像的在轨自主几何定标方法构想。     

图像重采样对调制传递函数估算的影响

选取理想刃边图像和真实遥感图像作为原始图像,对其进行多种辐射和几何重采样操作,得到了一系列退化图像;用这些图像按照刃边法对成像系统的调制传递函数进行了估算。试验表明,采用刃边法估算成像系统的调制传递函数时,为了视觉效果,可以对图像进行适当的辐射重采样操作,基本不会影响成像系统的调制传递函数;而几何重采样则会严重影响成像系统的调制传递函数。     

亚m级卫星TDI CCD立体测绘相机成像仿真

以三角网和贴面纹理影像为精细地面模型的数据构成,以亚m级TDI CCD(time delay and iintegration charge coupled devices)立体测绘相机为仿真对象进行成像仿真。通过建立每个像元的"视线目标索引"判断目标对相机和太阳的可见视性,进而生成阴影。将TDI CCD焦平面细分成很多子CCD,同时将积分时间细分,计算"连续焦面辐照度影像"并实现静态MTF仿真,然后得到"时间平均静态影像"。实现了多级积分条件下的霰粒噪声仿真和TDI CCD多级动态积分成像的仿真。推导了相机安装角和光学节点从平台坐标系到物方坐标系的转换公式,结合姿态参数和CCD畸变参数,实现了任意侧摆角度和相机安装角度的成像仿真。     

基于系统模型的CCD图像MTF补偿及误差分析

航天线阵推扫CCD图像在获取、传输过程中存在图像模糊的现象,而MTF是评价CCD图像质量的最可靠指标。为了改善图像质量,通过分析影响MTF的主要因素,提出基于系统模型的MTF补偿方法:首先建立系统模型,提出模型参数的估计方法,然后结合约束最小二乘算法复原图像。在仿真实验中,模拟图像的模糊和加噪过程,利用MTF模型复原图像,并评价MTF补偿图像质量,定量分析模型参数估计误差对图像复原结果的影响。实验结果表明:基于系统模型的MTF补偿方法能够有效而简便地复原图像,提高图像质量。     

极轨星载TDI CCD相机的像移及恢复算法研究

根据TDICCD特殊的工作方式，预测了由于地球自转而引起的极轨星载TDICCD相机的特殊像移及其对图像的影响，根据TDI像移产生的机理建立了数学模型，并求出了像移恢复滤波器的数字表达式，经过计算机仿真证明图像恢复算法有效。     

一种非共线TDI CCD成像数据内视场拼接方法

星载非共线TDI CCD成像数据的高质量内视场拼接是保证影像后续处理和应用的基础。本文提出了一种非共线TDI CCD成像数据内视场拼接方法,该方法基于物方投影面和相机的传感器几何模型,建立了从拼接影像像点到原始影像像点的坐标转换关系,进而采用间接法影像纠正的方式对原始影像进行重采样生成拼接影像。本文在描述非共线TDI CCD严格成像几何模型之后,详细叙述了方法的基本原理、潜在的误差来源以及方法的实现流程,并通过ZY-1 02C卫星的高分辨率（HR）相机成像数据进行了试验验证,对拼接精度的分析与评价证明了方法的可行性。     

城市区域高分辨率线阵CCD卫星影像模拟

针对存在高大建筑物的城市区域的高分辨率遥感卫星成像模拟问题,利用3D模型作为模拟数据源,从线阵CCD高分辨率遥感卫星成像方式及特点出发,综合考虑成像时的几何变形因素影响,按照线中心投影方式对卫星遥感器进行成像模拟。最后通过实验验证了该方法是可行的,并能取得较为满意的成像模拟效果。     

TDI CCD相机动态成像对几何质量的影响研究

本文通过影像模拟的方法分析动态积分成像对空间TDI CCD相机成像几何质量的影响。首先对卫星固有推扫速度、像移速度与电荷转移速度失配、卫星三轴姿态运动及偏流角误差等4种动态成像因素进行了介绍,建立了4种因素的数学模型;在此基础上提出了空间TDI CCD相机成像模拟方法;最后提出统计单级静态影像和多级动态合成影像配准误差的分布特点评价与4种因素有关的内部几何质量,统计低阶多项式拟合的姿态曲线与实际姿态曲线条件下地面点像方误差的分布特点评价外部几何质量。     

TDI CCD交错拼接推扫相机严格几何模型构建与优化

时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)交错拼接推扫相机,是指焦平面上交错成两行排列多个TDI CCD阵列,并采用推扫成像方式的光学相机。为兼顾空间分辨率与地面覆盖宽度,当前较多的高分辨率光学遥感卫星都搭载了此类相机。本文总结了此类相机的成像原理和特点,基于成像瞬间多片CCD共享一套外方位元素的特点构建了该类相机的"整体几何模型"。针对定位过程中的外部误差和内部误差,基于整体几何模型设计了相应的内外误差补偿方案,对该类相机几何模型的优化进行了研究。以8片TDI CCD交错拼接的天绘一号(TH-1)卫星高分相机原始影像为试验数据设计了多组试验对本文方法进行验证。结果表明:本文的整体几何模型可严格描述该类相机的原始几何物像关系;仅进行外部误差补偿时,影像定位精度显著提升,但各分片CCD影像残留有不同的系统误差;仅进行内部误差补偿时,影像定位精度没有显著提升,但各分片CCD影像定位精度的一致性得到明显改善;对内部、外部误差均补偿后,影像在X、Y、Z方向的定位精度皆优于2m,且各分片CCD影像定位精度具备一致性;将计算出的内部误差补偿参数应用于成像时间间隔22d的其他多景影像时仍达到了同样的定位精度。     

星载相机轨道末期成像模型及图像复原算法

通过对光学卫星轨道末期成像面临的像移失配的研究,从能量的观点出发建立了TDI CCD (时间延迟积分电荷耦合器件)推扫成像通用模型(GMPI),基于该模型提出了一种像移失配工况下的非常规遥感成像方式,引入了信号滤波器的表示方法,将GMPI模型简化成为易于计算的TDI CCD推扫成像滤波器模型（FMPI）,对轨道末期遥感图像混叠效应进行了定量分析,并给出了基于成像机理及成像参数的图像恢复处理方法。通过实际成像实验获取了像移速度失配下的图像并通过图像恢复算法进行处理,得到了比半盲式复原算法更好的图像恢复效果。