基于45°旋转扫描反射镜的图像畸变校正研究

摘要

45°旋转扫描反射镜是目前最成熟、最常用的光机扫描模式，在卫星遥感器上有着广泛的应用前景。但是由于45°旋转扫描反射镜在扫描过程中会产生像旋，直接采用该扫描方式在应用于线列或面阵探测器并扫成像系统时会造成轴外视场的无法配准。 因此通常会利用一些技术手段消除像旋现象，大体可分为硬件方法和软件方法。目前已有的一些消除45°镜像旋的硬件方法包括道威棱镜、K镜系统等。但道威棱镜由于受光学材料的限制，只能用于可见光到近红外波段，而K镜系统则存在系统光路加长、体积增大、在较小的瞬时视场下光路配准难度大的问题。比较而言，软件方法由于其具有校正像旋更加可靠、易实现的特性，从而越来越受到人们的重视。 本文的主要工作包括以下内容： 1.由于45°旋转扫描反射镜的实时校正技术需要在校正完图像几何畸变的基础上进行，所以本文首先分析了图像几何畸变的原因和校正方法。 2.在光学反射矢量理论基础上，深入研究了45°旋转扫描反射镜的成像特性以及它导致的像旋原因，并且给出了探测平面上任意位置探测器元的扫描轨迹公式。在确定每个像元坐标与地面坐标的对应关系后，通过灰度值重采样，实现了45°旋转扫描反射镜加面阵探测器的软件消旋。 3.通过对45°镜两种扫描方式下扫描轨迹和最大摆角的深入研究，本文还对两种扫描方式进行了软件消旋，使畸变图像得到了校正，从而实现了两种扫描方式下像旋的实时校正技术。 实验结果表明，校正后的图像细节丰富、边缘清晰，通过对畸变校正后的图像和原始图像相似性的对比，可以看出畸变校正效果良好，软件校正方法可以有效地解决45°旋转扫描反射镜加面阵探测器地面扫描所带来的像旋问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1遥感技术介绍

1.2课题研究意义

1.3国内外发展现状

1.4本文的研究工作和内容安排

2遥感图像的几何校正

2.1传感器外方位变化引起的图像变形

2.2地形起伏引起的图像变形

2.3地球曲率引起的像点移位

2.4大气折射引起的像点移位

2.5地球自转引起的图像变形

2.6卫星运行所引起的扫描行倾斜

2.7本章小结

3 45°旋转扫描反射镜引起的畸变分析

3.1光学反射矢量基本理论

3.1.1反射矢量公式

3.1.2反射作用矩阵

3.1.3转动矢量公式

3.2 45°旋转扫描反射镜的成像原理

3.3 45°旋转扫描反射镜像旋转的原因

3.4 45°旋转扫描反射镜的扫描轨迹分析

3.5 45°旋转扫描反射镜扫描方法及效果分析

3.5.1 45°旋转扫描反射镜的扫描方法分析

3.5.2不同的扫描方法所对应的图像旋转模型

3.5.3 45°旋转扫描反射镜两种扫描方法执行效果比较

3.6 45°旋转扫描反射镜旋转的最大摆角

3.7本章小结

4 45°旋转扫描反射镜的软件消旋

4.1光机消旋方法介绍

4.1.1探测器旋转消像旋法

4.1.2道威棱镜消旋法

4.1.3 K镜消像旋法

4.2 45°旋转扫描反射镜加面阵探测器的软件校正像旋法

4.2.1 45°旋转扫描反射镜加面阵探测器的软件消旋框架

4.2.2图像去噪

4.2.3图像插值

4.3.4图像拼接

4.3本章小结

5图像畸变校正的结果分析

5.1算法原理

5.2图像相似度评价

5.3实验结果分析

5.4与45°旋转扫描反射镜加多元阵列探测器的比较

5.5本章小结

6总结与展望

致谢

参考文献