地形起伏对推扫式遥感立体成像影响的关键理论和技术研究

摘要

推扫式遥感立体成像是当前普遍使用的遥感成像方式，一般通过CCD以线阵推扫的方式实现。因其成像机理的特殊性，地形起伏、CCD姿态变化和地球自转等都会对推扫成像精度产生影响。其中，地形起伏会对推扫式遥感立体成像不同视角的遥感影像引入成像误差和空间信息缺失，而当前与此相关的研究报道还比较少。因此，本论文针对地形起伏对推扫式遥感立体成像影响的关键理论和技术展开了探索性研究，涉及的研究包括：
　　1．系统和深入的阐述了推扫式遥感立体成像技术及其发展现状和研究热点，推扫式遥感立体成像严格传感器成像模型和广义成像模型，以及各种成像模型的适用范围和精度。
　　2．研究和建立了地形起伏和推扫式遥感立体成像畸变之间的数学模型。将高斯合成曲面模型用于遥感地形仿真，基于该模型对地形起伏引起的推扫式遥感立体成像几何畸变进行了研究和仿真，利用Chang’E-1影像数据进行了结果验证。
　　3．为解决三维地形数学表达模型的不确定性问题，提出了用大地坐标系中地面点坐标变化描述地形起伏的方法。对严格传感器成像模型进行线性化处理，利用全微分法构建了CCD姿态、轨道稳定状态下的推扫式遥感立体成像与地形起伏之间的误差关系模型。基于Chang’E-1参数对不同的地形起伏引起的推扫式遥感立体成像误差进行了模拟计算和结果分析。
　　4．研究和建立了地形起伏对推扫式遥感立体成像不同视角遥感影像的地元分辨率调制作用模型，提出了一种基于图像熵权的全局加权凸集投影超分辨率重建算法。该算法基于初始观测遥感影像的图像熵值设计加权残差约束凸集和加权松弛投影算子，以二维仿射变换法对相邻帧影像运动参数进行估计，用高斯模型点扩散函数对参考帧进行修正，实现超分辨率重建。基于Chang’E-1实测影像的实验表明，该算法在补偿地形起伏对不同视角遥感影像引入的空间信息缺失的同时，兼顾了对图像纹理细节的保持，并具有较好的收敛速度和稳定性。
　　5．基于真实遥感数据构建了高精度标准地形实体模型。以三自由度平动轴仿真CCD轨道变化，以三自由度转动轴仿真CCD姿态变化，提出了一种基于半实物仿真的推扫式遥感立体成像仿真测试方法。该方法能实时获取CCD姿态、轨道并行变化和分布式变化数据，实现对高精度地形实体模型的推扫式遥感立体成像仿真测试。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2遥感立体成像技术发展与现状

1.3国内外研究现状与面临的不足

1.4课题及数据来源

1.5论文组织结构与主要研究内容

第二章 推扫式遥感立体成像原理与数学模型

2.1推扫式遥感立体成像基本原理

2.2坐标系统及坐标转换

2.3推扫式遥感立体成像数学模型综述

2.4本章小结

第三章 地形起伏对推扫式遥感立体成像影响研究与误差建模

3.1地形起伏的数学表述与地形参数计算

3.2地形起伏引起的推扫式遥感立体成像几何畸变研究与分析

3.3地形起伏对推扫式遥感立体成像影响的误差建模

3.4误差计算与结果分析

3.5本章小结

第四章 全局加权凸集投影超分辨率重建算法研究与应用

4.1超分辨率重建数学理论

4.2超分辨率重建算法综述与研究

4.3地形起伏对推扫式遥感立体成像异视影像信息调制作用研究

4.4基于熵权的全局加权POCS超分辨率重建算法研究与实现

4.5“Chang’E-1”科学数据选择与提取研究

4.6实验结果与数据分析

4.7本章小结

第五章 推扫式遥感立体成像仿真测试方法

5.1推扫式遥感立体成像仿真测试方法

5.2推扫式遥感立体成像仿真测试方法硬件实施方式

5.3推扫式遥感立体成像仿真测试方法软件实施方式

5.4 Chang’E-1异步推扫式遥感立体成像仿真

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2下一步研究展望与建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢