天基测量相机成像建模与图像仿真

摘要

本文以天基测量相机作为研究对象，对天基测量相机成像链路中相机的成像过程进行了深入研究，通过对成像相机工作原理以及各项物理效应进行分析，实现了成像链路各功能模块的可视化图形建模，并基于模型库搭建了基于光线追迹和传递函数效应的图像仿真系统，实现了图像仿真功能。
　　根据对成像系统实际成像过程的分析，本文将整个仿真过程分为几何成像仿真和物理成像仿真两部分。在几何成像仿真部分，分析了中心投影成像模型的成像几何关系，分析了基于面元划分法的目标数据表示方法，设计了基于光线追迹的理想几何成像算法，通过对天基测量中常用的坐标变换关系的分析，建立了天基测量成像定位模型。在物理成像仿真部分，首先简要阐述了采用传递函数法进行图像仿真的基本理论，然后基于对相机物理成像原理的分析，从调制传递函数的角度出发，研究了相机成像链路中各子环节的空间滤波效应数学模型，着重分析了各模型中参数的变化对成像结果的影响。
　　最后，通过对坐标变换模型和MTF模型进行数据流分析，建立了各模型相对应的计算仿真模型，并在 Simulink平台下实现了各模块的图形化建模，完成了对输入输出端口及参数设置的设计。基于已开发的模型库，分别搭建了天基测量相机对空间目标的成像系统和天基测量相机对地球大气背景的成像系统，通过仿真实验，验证了成像仿真模型的正确性。
　　本文所搭建的图像仿真系统，一方面可以为传感器的参数设计提供分析工具，另一方面可以为更大型的 Simulink仿真系统提供图像数据信号源。仿真出的图像可以为相关图像处理算法的验证提供数据源。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究目的与意义

1.2国内外研究发展现状

1.3主要研究内容及结构安排

第2章 基于光线追迹的理想几何成像建模

2.1中心投影模型

2.2光线追迹成像建模

2.3天基测量相机几何成像建模

2.4本章小结

第3章 成像相机调制传递函数仿真建模

3.1成像相机信号传递模型

3.2基于成像相机调制传递函数的图像仿真方法

3.3光学系统传递函数模型

3.4探测器传递函数模型

3.5信号处理电路传递函数模型

3.6平台运动传递函数模型

3.7本章小结

第4章 天基成像相机图像仿真系统实现

4.1 Simulink功能与特点简介

4.2图像仿真模块库组成与实现

4.3图像仿真系统的构建

4.4简单几何成像系统的两种实现方式与仿真结果

4.5卫星载荷对空间目标的几何成像系统与仿真结果

4.6卫星载荷对地球的几何成像系统与仿真结果

4.7 MTF效应成像仿真系统与仿真结果

4.8本章小结

结论

参考文献

声明

致谢