气象卫星遥感图像的超分辨率重建研究

摘要

首先介绍了采用超分辨率图像重建技术的国外遥感仪器的工作方式，然后在理论上分析了超分辨率图像重建技术的原理，文章分析了图像配准程度和仪器信噪比与超分辨率图像重建的相互影响关系，推导了由于仪器精度问题带来的原始图像序列相位关系对超分辨率图像重建效果的影响公式，统一了传统探测和超分辨率图像重建技术的关系，也说明了超分辨率图像重建技术选择图像序列具有50%像元位移的原因。并得到结论：根据系统不同工作环境进行设计以保证超分辨率图像重建带来的空间分辨率提高和系统其他性能的平衡，是在系统中正确运用超分辨率图像重建技术的关键。通过实验室内搭建图像采集系统进行超分辨率图像重建实验，得到了分辨率提高1.8 倍的重建图像，积累了超分辨率图像重建技术的处理经验。结合气象卫星遥感，根据风云四号静止轨道气象卫星扫描成像辐射计的3.5um 波段需要探测雾和地面火点两种不同特性的目标，针对3.5um 波段探测有不同的前置放大器增益设置和不同的空间分辨率指标要求，通过扫描成像辐射计3.5um 波段探测器响应的能量分析得到结论：扫描成像辐射计3.5um 波段以具有高能量特征的地面火点为特定探测目标，因此应用超分辨率图像重建技术使波段星下点空间分辨率从4000m 提高到近2000m 的同时，输出图像信噪比在图像融合重建后下降8-10dB 时仍然可以满足系统要求。，论述了扫描成像辐射计3.5um 波段采用亚像元探测技术提高图像空间分辨率，从而提高地球表面火点位置确定精度和地球表面过火面积计算精度的可行性。最后，对FY-3 微波成像仪图像进行了超分辨率重建处理，对处理后的图像进行检验：处理后的图像空间分辨率明显提高，结果显示了超分辨率图像重建技术在实际遥感图像处理中的作用。