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。     

CBERS-02B卫星WFI成像在轨MTF估算与图像MTF补偿

基于高分辨率图像对比法, 利用同一卫星平台上空间分辨率19.5m的CCD相机图像对CBERS-02B卫星上空间分辨率为258m的 WFI成像仪图像进行在轨MTF(modulate transfer function)测量, 获得WFI(wide field imager)相机沿轨、跨轨与45o方向的MTF曲线, 并计算出3个方向的线扩展函数LSF(line spread function), 获得3个方向的有效半带宽。结果表明WFI相机红波段跨轨、沿轨与45o方向的有效半带宽, 即有效瞬时视场, 分别为1.188, 1.165与1.281个像元, 近红外波段为1.258, 1.195与1.326个像元。基于获得的MTF, 利用维纳滤波法对WFI图像进行补偿, 部分恢复了WFI图像的细部信息。     

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。     

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。     

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。     

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。     

TDI行积分时间跳变对视差的影响及纠正方法

TDI-CCD相机是当今高分辨卫星系统的主要成像载荷。由于TDI的特殊成像机理,为了确保图像清晰,需要在轨实时调整每一行积分时间。这里以天绘一号多片交错式TDI-CCD高分辨相机为研究对象,推导了行积分时间跳变与相邻CCD重叠区同名点视差变化的关系,表明由于行时跳变造成的同名点错位最大可达6像素。针对存在行时跳变的卫星影像,可以在沿轨方向以行时均衡为标准进行一维重采样,实验表明该方法可以较好地消除行时跳变造成的视差错位,从而为高精度的影像拼接创造条件。     

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。     

利用嫦娥一号CCD相机邻轨下视影像生成月面DEM

嫦娥一号电荷耦合元件(charge coupled device,CCD)相机同轨前后视影像组成的立体像对的基高比较大,立体像对在撞击坑边缘、山脉等地形起伏区域存在较大的遮挡和变形,影响了DEM的精度。为弥补这一不足,根据嫦娥一号CCD相机邻轨下视短基线立体像对成像模型,本文提出了一种自适应窗口归一化互相关(normalized cross correlation,NCC)-相位相关(phase-only correlation,POC)视差估计的DEM生成方法。首先,根据影像纹理特征计算各像素点对应的自适应窗口大小,通过NCC方法估计立体像对左右片对应窗口的整数像素位移;然后,用POC方法估计亚像素位移;最后,将窗口的总位移作为窗口中心像素点的视差,依次计算所有像素点的视差,得到立体像对稠密亚像素视差图。模拟实验结果表明,本文方法视差估计精度可达±0.075像素,利用空间分辨率为120m的嫦娥一号CCD邻轨下视影像生成的月面DEM与LOLA 30m平面分辨率的DEM基本一致。     

高分辨率TDI-CCD成像数据的自适应MTF图像复原处理研究

调制传递函数(MTF)是光学成像系统性能的一个重要的综合评价指标,也是图像退化模型中最重要的部分。针对TDI-CCD成像数据的特点,从遥感图像中获取刀刃边缘来计算成像系统的MTF,采用维纳滤波法及修正的逆滤波器法(MIF)对退化图像进行MTF补偿处理。实验结果表明,高分辨率TDI-CCD成像数据经自适应MTF复原处理后,可以有效地改善图像质量。目前,该算法已成功地应用到我国国产地面卫星预处理系统中。