平台运动误差对TDI成像质量影响的研究

摘要

普通线阵图像传感器只有一维感光像素阵列，以推扫的方式获得二维图像，其性能受光照和运动速度限制。而TDI（TimeDelayandIntegration，时间延迟积分）图像传感器是一种特殊的线阵图像传感器，TDI技术通过多级积分来增加光通量，提高系统的信噪比、分辨能力，可以在不牺牲空间分辨率和工作速度的情况下获得高灵敏度，在低照度和高速成像领域比普通线阵传感器有很大优势。近年国际空间对地观测光学遥感器发展趋势已证明，基于推扫技术的TDICCD光学遥感器最具大视场、高分辨力的成像潜力，其在高速、微光领域具有广泛的应用前景，成为解决遥感轻型化的主要技术途径和关键技术措施，是未来对地观测光学遥感器发展的方向。
　　 由于TDICCD相机成像系统的复杂性，其对平台的精确度要求很高，在实际应用中操作复杂，是一项高风险、高精度的工程。因此，在投入应用前，应先进行充分研究，但是在真实环境中进行实验研究很困难，耗费巨大。成像仿真技术可以对卫星的技术指标进行实验研究分析，并对卫星指标进行优化，确保TDICCD相机在空间成像的性能，使卫星技术指标在满足需求的前提下达到先进性和工程代价的最佳平衡。
　　 本文重点研究TDICCD相机成像系统的仿真建模，设定参数进行图像仿真，并对图像质量进行评价，研究平台运动误差对成像质量的影响。本文分析了TDICCD相机成像的工作原理，建立理想成像模型，对TDI积分过程进行仿真，并加入随机噪声，在此基础上，建立了存在平台运动误差的情况下的成像模型，包括:平台前向线性运动、卫星的指向精度:偏航角、滚动角、俯仰角以及姿态稳定度:偏航角速度、滚动角速度、俯仰角速度。对不同级数的TDICCD相机，设置各种不同参数，利用成像模型进行仿真成像，然后对仿真图像进行质量评价并对结果进行分析，研究各种不同因素对TDICCD成像质量的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本文的研究内容及组织结构

2 基础知识背景

2．1 图像传感器与成像模式原理

2．2 TDI CCD级数对信噪比的影响

2．3 平台运动误差影响

2．4 图像质量评价方法

2．4．1 几种有参照质量评价方法

2．4．2 MTF评价方法

2．5 本章小结

3 TDI CCD成像模型的建立及平台运动误差对像质影响分析

3．1 理想成像模型的建立

3．2 TDI积分成像模型建立

3．3 建立有平台运动误差的成像模型

3．3．1 平台前向线性运动误差的影响

3．3．2 偏航角和偏航角速度影响

3．3．3 滚动角和滚动角速度影响

3．3．4 俯仰角和俯仰角速度影响

3．4 平台运动对MTF的影响

3．5 本章小结

4 仿真成像及评价结果分析

4．1 TDI CCD级数与信噪比关系实验分析

4．2 平台前向线性速度对成像质量影响实验分析

4．3 偏航对成像质量影响实验分析

4．3．1 偏航角对成像质量影响实验分析

4．3．2 偏航角速度对成像质量影响实验分析

4．4 滚动对成像质量影响实验分析

4．4．1 滚动角对成像质量影响实验分析

4．4．2 滚动角速度对成像质量影响实验分析

4．5 俯仰对成像质量影响实验分析

4．5．1 俯仰角对成像质量影响实验分析

4．5．2 俯仰角速度对成像质量影响实验分析

4．6 平台运动对MTF影响的实验结果与理论值对比

4．7 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

附录