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。     

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。     

TDI-CCD在轨成像质量MTF数值模拟

在研究卫星总体参数对TDICCD推扫成像调制传输函数MTF（Modula Transfer Function, MTF）影响关系的基础上,提出了一套模拟卫星在轨成像MTF下降的技术方法。通过这套模拟方法，建立了卫星总体参数与在轨成像质量MTF下降之间的关系，为用户根据对遥感图像质量MTF指标的需求来确立对卫星主要总体参数的要求提供了分析手段。     

星载TDI CCD相机MTF和SNR综合响应模拟方法

为了对星载时间延迟积分电荷耦合器件(time-delayed-integration charge coupled device,TDI CCD)相机动态成像过程中各环节的调制传递函数(modulation transfer function,MTF)和信噪比(signal noise ratio,SNR)的退化机制进行研究,以各个环节MTF和SNR的数学模型为节点,以信号传输和转换过程为主线,探讨了各个环节的信号描述及MTF和SNR退化模拟方法;提出以快速傅立叶变换和特定分布随机数生成算法为基础的MTF和SNR综合响应数学模拟流程.上述方法可以对单一环节或几个连续环节的MTF和SNR综合响应进行模拟.利用该方法对TDI CCD相机的沿轨MTF、穿轨MTF和SNR进行了模拟试验.     

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。     

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。     

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。     

结合气象模型的遥感影像大气模糊去除

利用传感器成像时刻对应的观测区域气象参数,结合大气光学湍流参数化模型和气溶胶MTF估计模型,分别计算湍流MTF和气溶胶MTF,再由二者的乘积得到大气MTF,进而采用一种改进的维纳滤波算法实现遥感影像的大气模糊去除。实验结果证明,恢复后影像的客观评价指标以及主观视觉效果均有明显改善,验证了本文算法的有效性和可行性。     

负载分配的CPU/GPU高分辨率卫星影像调制传递补偿方法

本文系统地探讨了使用CPU/GPU协同处理理论对高分辨率卫星影像进行MTF补偿的方法。首先在GPU上对方法进行了基本实现,并通过三种性能优化策略（执行配置优化、存储访问优化和指令优化）进一步提高了方法的执行效率。在Intel Xeon E5650 CPU和NVIDIA Tesla C2050 GPU组成的CPU/GPU系统中对高分一号卫星全色影像进行MTF补偿,加速比达到42.80倍。在此基础上,为充分利用CPU的计算性能,使用CPU/GPU负载分配策略将部分负载分配给CPU进行处理,使用该策略后,方法加速比达到47.82倍,相应的处理时间压缩至1.62s,可满足对高分辨率卫星影像进行近实时MTF补偿的需求。     

航摄系统调制传递函数(MTF)的测定及其应用

本文重点研究航摄系统调制传递函数(MTF)的测定及其应用,比较了两种滤波方法的作用,指出频率域滤波是行之有效的。在MTF应用方面,提出了以线扩散函数的等效宽度(EQW)作为像质评定的一个标准。试验表明,1/EQW与底片的目视分解力有着一定的近似关系。同时,对底片的复制质量也作了初步研究。