卫星光学相机MTF在轨检测方法研究

调制传递函数是反映卫星光学相机成像性能的重要参数,针对调制传递函数多种在轨检测方法,本文在分析了可利用地面景物的基础上,结合目前卫星光学相机分辨率不断提高的现状,着重从原理和方法上介绍了利用不同亮度地块接壤的地面靶标进行检验的刃边法,同时依据实验研究成果,介绍了对原始刃边数据拟合和调制传递函数的频谱增密技术,这些技术对提高调制传递函数获取精度具有重要的作用。     

DMC卫星图像MTF分析及其复原方法研究

复原退化模糊图像是遥感图像处理的研究重点。对成像系统的调制传递函数(MTF)进行了研究,分析了调制传递函数的基本理论。讨论了一种近似测定成像系统调制传递函数的方法,通过有限采样,曲线拟合,傅立叶变换,规格化的一系列处理得到图像获取、传输过程中的点扩展函数(PSF)。提取完整光滑的调制传递函数曲线,在频域中对图像进行去卷积复原,分析和评价了复原结果。将该方法应用于DMC卫星图像,图像质量得到明显提高,收到较好的复原效果。     

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。     

在轨导航卫星的性能监测

随着全球卫星导航系统(GNSS)在国家安全、经济及社会发展中的作用越来越显著,各个卫星导航系统均通过不断发射卫星,保持足够数量的卫星在轨正常运行,从而确保系统对外提供连续的导航定位服务.随着在轨运行时间的不断增长,导航卫星设备出现故障或工作异常的概率也将逐渐增大,针对在轨导航卫星出现的常见故障,提出在轨导航卫星的性能监测需要对卫星运行的空间环境、卫星钟性能进行实时监测和预报,并对导航信号、卫星有效载荷重点参数进行监测和分析,同时对相应内容的监测方法进行了论述.     

遥感卫星在轨机场变化检测方法

针对机场飞机变化检测时效性要求高的特点,提出了遥感图像在轨变化检测的方法。该方法利用遥感卫星前后两幅机场图像,通过SURF方法配准并进行仿射变换,然后利用显著目标检测方法缩小目标检测区域,最后利用本文提出的圆周信息匹配方法,将二维图像匹配转换为一维信息检测的问题,实现对飞机的检测。利用前后两轨卫星遥感图像进行了试验,仿真结果表明,配准精度达到1个像素,能准确检测出飞机目标,说明该方法能准确高效地检测出机场飞机变化信息。     

北斗系统在轨卫星钟性能评估方法及结论

在轨卫星钟性能(频率准确度、稳定度、漂移率以及在轨寿命)评估是卫星导航系统性能指标评估的重要任务之一。文中结合北斗卫星钟在轨性能评估任务,介绍了几种评估北斗在轨卫星钟性能的方法及原理并进行了专题试验。试验结果表明,北斗在轨卫星原子钟性能稳定,频率准确度约为10-11,漂移率为10-13,稳定度为10-14。与国外卫星钟性能相当,能够满足北斗卫星导航系统服务指标要求。     

基于MTF的天绘一号卫星多光谱相机分辨率检测

研究了地面靶标检测成像系统的调制传递函数(MTF);介绍了利用MTF间接获取天绘一号多光谱相机分辨率的方法。结果表明,此方法可行,取得了可靠的检测结果。     

CBERS-1卫星02号星图像MTF复原及其结果分析评价

对退化图像进行信息恢复是遥感图像处理的研究重点。本文从刀刃曲线求取MTF的基本理论入手,对灰度图像上的特定纹理等间隔采样,插值拟和刀刃曲线从而求得线扩散函数(LSF)。将线扩散函数进行傅立叶变换得到MTF后,在频域内对退化图像进行逆变换后再将频域里的图像进行傅立叶逆变换得到恢复后的遥感图像,在频域中对图像进行恢复的关键处理在于把图像的最高频率和光学截止频率对应起来。本文除列出对比退化较之恢复图像的定量指标外,还定性地提出了恢复前后图像的傅立叶变换的频谱、地物分类情况同亮度的直方图统计等方法,更直观地评价了实验结果。该方法应用于CBERS-1的02号卫星图像,恢复后图像的边缘清晰度与细节的详细程度较之退化图像有了很明显的改善。     

基于MTF滤波的北京一号小卫星遥感影像融合

北京一号小卫星提供4 m分辨率全色彩像和32 m分辨率多光谱影像,但其空间分辨率比值(1:8)较低,在对北京一号小卫星数据融合时存在空间信息损失问题.针对此问题首先从全色影像中提取成像系统的调制传递函数MTF(Modulate Transfer Function),根据MTF设计2维低通滤波器,通过对多光谱影像的亮度成分滤波估计低分辨率全色图像数据值,基于GIF(General Image Fusion)融合框架得到融合结果.实验证明本方法用于融合遥感影像的可行性,其空间信息的保持在视觉效果和定量指标上均优于IHS(Intensive-Hue-Saturation),BT(Brovey Transform)和GS(GramSchmidt)等传统的替换类融合算法,在空间信息和光谱信息的保持上亦有较好的折中.     

国产卫星数据在土地利用现状宏观监测中的应用评价

利用环境减灾一号卫星(HJ-1)、北京一号卫星(BJ-1)和中巴资源卫星02B星(CBERS-02B)3种国产卫星图像,选取全国范围内6个地形各异的地区,进行了土地利用宏观监测分析评估.采用多种现状信息提取方法,从分类方法、样本数量和特征数据对分类精度的影响进行了比较和分析.发现最大似然法简单易行,精度较高且稳定;面向对象法可明显提高HJ-1图像和BJ-1图像的分类精度.基于最大似然法,CBERS-02B图像样本数为50时,分类精度趋于稳定,且Kappa系数可达0.8以上;HJ-1图像和BJ-1图像样本数达60时精度趋于稳定,Kappa系数可达0.7以上.增加NDVI,DEM等特征数据可提高CBERS-02B图像分类精度,增加DEM特征数据可提高HJ-1图像和BJ-1图像分类精度.在全国范围内实现每2-3年1次的土地利用宏观监测时,为了保证在全国范围内都能获取有效数据,可综合考虑多种中分辨率国产卫星数据的综合应用,本文的结论为宏观监测提供了监测精度和技术方法上的科学参考依据.     

27°斜模式采样及其遥感图像复原研究

针对不能确定斜模式采样的倾斜角度,与后期纠正处理带来的锯齿、混叠等效应,以及斜模式采样在采样过程中产生的混叠等问题,设计并实现了27°斜模式采样方式以降低采样后处理产生的锯齿等降质效应,通过分析线阵CCD采样过程中混叠的成因,将倒易晶胞应用于复原实际斜采样的遥感图像中。截止频率评价图像的分辨率证明:本文方法复原的图像较常规采样图像的分辨率提高了2.26倍。27°斜模式采样与倒易晶胞的复原方法可以应用到无高分辨率参考图像的遥感图像复原中,并可以减少混叠,使复原图像有更好的效果。     

卫星在轨颤动检测的可行性研究

卫星在轨颤动检测对CCD相机成像质量检测具有决定性,对图像应用潜力也是决定性的。利用快速小面阵CCD获取图像序列,提取任意时刻的参考图像与颤动图像进行SIFT初定位,利用RANSAC剔除SIFT位存在的粗差,结合图像运动模型,解算颤动状态参数。通过实验论证,此种方法检测在轨颤动是可行的、有效的。     

北斗在轨卫星钟中长期钟差特性分析

针对北斗在轨卫星Rb原子钟2013年的实测数据,采用二次多项式拟合得到BDS卫星钟差模型,采用哈达玛总方差公式计算了北斗卫星钟的短期频率稳定度指标,进而分析了北斗在轨卫星钟特性指标的变化规律。通过实例计算,揭示了BDS不同在轨卫星钟的相位、频率、频漂及残差指标的变化规律;计算得出BDS卫星钟万秒频率稳定度维持在10-13量级左右,其中GEO卫星钟的稳定度相对较差,4号和8号卫星在运行期间出现跳变,跳变之后稳定性得到提高,其他在轨卫星钟稳定度变化趋势则相对平稳。     

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。     

线阵列卫星传感器定向方法的研究

介绍了确定线阵列卫星影像外方位元素的几种常用方法,通过试验对各种定向方法有达到的地面点测定精度作了比较。     

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。     

高分辨率光学卫星影像高精度在轨实时云检测的流式计算

本文重点阐述基于机器视觉的智能摄影测量的效率基础问题之二：高精度影像在轨实时云检测方法。随着技术发展,数据获取能力不断提升,待处理的数据量呈爆炸式增长;同时,对处理精度需求的提升,导致所需计算量的不断增长,二者凸显了智能摄影测量面临的效率问题。对光学卫星影像而言,高达50%的平均云覆盖率严重制约了高效精准在轨智能摄影测量的实现。针对于此,本文结合机器视觉中“自底向上”的图像理解控制策略,提出一种可供借鉴的基于流式计算的高分辨率光学卫星影像高精度在轨实时云检测方法,采用适合在轨搭载的嵌入式GPU实现实时流式计算,为后续的智能摄影测量处理提供输入。本文方法采用不依赖外存的快速处理机制,对持续流入的数据实时分块,通过负载均衡机制将数据块依次分发至各个单元并行处理,从而实现“流入、处理、流出”的实时处理。利用高分二号数据对本文方法进行试验验证,结果表明本文方法在显著提高云覆盖区域检测精度的同时,综合加速比达14,可满足在轨实时处理需求。     

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。     

利用稀少控制点的线阵推扫式光学卫星在轨几何定标方法

针对线阵推扫式光学遥感卫星,提出了一种基于稀少控制点的在轨几何定标方法。本文方法利用沿CCD方向的两景重叠影像对及影像覆盖区域的稀少控制点数据即可实现内外系统误差参数的高精度解算,进而有效恢复视场内每个CCD探元的光线指向,摆脱了传统方法对昂贵的高精度地面定标场数据的依赖。本文首先在推扫式光学遥感卫星成像机理的基础上建立相应的严格几何成像模型,并对影响卫星影像几何精度的系统误差进行了分析,在此基础上采用一种基于指向角的内参数优化模型构建了适用于本方法的几何定标模型。然后,结合本方法的特点,采用一种分步解算的方法分别对外参数和内参数分别进行了标定。最后,通过一组ZY-3卫星下视相机的真实数据试验对本文方法的有效性及精度进行了对比验证。     

资源一号02C卫星全色相机在轨几何定标方法

为提高资源一号02C卫星全色影像几何精度,首先从其严格几何成像模型出发,对成像过程中的几何误差来源及其特性进行分析,在此基础上构建资源一号02C卫星全色相机的在轨几何定标模型;然后,将待定标参数分为内外定标参数,采用分步迭代策略进行解算;最后,基于本文的定标模型及解算方法,利用嵩山定标场提供的高精度参考数据对其进行了在轨几何定标实验。实验结果表明,本文的定标模型及解算方法合理有效,能显著提高资源一号02C卫星全色影像的无控定位精度和有控定位精度;同时,内定标精度优于0.3个像元。