基于编码曝光和颤振探测的遥感图像快速复原方法研究

摘要

近年来，对地观测领域快速发展，取得了很多突破性的进展。随着对地观测质量要求的提高，获取清晰的高分辨率图像成为对地遥感领域迫切需要解决的问题。开展高分辨率图像获取与处理方法的研究工作，对遥感成像、资源探测、航空航天事业和国防事业有重要意义。然而卫星平台的颤振运动会导致拍摄图像的模糊，造成像质的下降。而在后期复原过程中，由于复原的病态性，简单方法复原的效果不好，而理想的方法时间复杂度又太高。
　　本文提出一种基于光纤陀螺振动探测和编码曝光的颤振模糊图像复原方法，研究了编码曝光的理论基础，验证提出方法的可行性。对编码曝光方式进行了公式推导，给出其数学模型。编码曝光方法是基于扩频技术的思想，通过对快门的编码将传统的快门频谱扩展到更宽的频带上，保留更多图像的频域信息，方便图像信号的恢复。由于编码曝光码字的选取对于复原结果有着直接的影响，本文对于编码曝光的码字选取进行研究，基于传统的码字选取准则，考虑信噪比等方面的影响，对码字选取准则进行了改进。实验结果表明，使用本文的码字选取准则获得的码字，其复原结果优于传统的码字选取准则。考虑到码字为二进制的形式，采用遗传算法进行搜索，其搜索时间基本不受码字长度的影响，可以快速获得最优码字。
　　本文也开展基于双轴光纤陀螺的任意复杂颤振实时探测的技术研究，得到实时探测颤振方法，并进行实验验证探测数据的准确度。利用探测到的颤振数据来估计模糊核，使用统计的方法，将复杂的几何计算问题转化为简单的统计问题，降低运算复杂度，提高运算速度。得到快速准确的模糊核(PSF)估计方法。
　　本文构建了基于编码曝光和颤振探测的系统框架，搭建了实验装置。编写程序，进行仿真实验，对不同的复原方法进行比较，同时将本文方法在不同的条件下进行验证，得到实验结果;搭建实验平台，进行实拍实验，设置不用的颤振条件和拍摄场景，得到实验结果，并在主观和客观方面进行比较。实验结果表明，该方法能够实现快速的复原，对于快速获得高分辨率遥感图像具有重要意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 图像复原

1．2．2 颤振探测与模糊核估计

1．2．3 编码曝光

1．3 论文章节安排

2 理论基础

2．1 图像退化的模型及其病态性

2．2 图像复原基本理论

2．3 编码曝光理论基础

2．4 卫星颤振模型分析

2．5 本章小结

3 编码曝光

3．1 模拟编码曝光和数字编码曝光

3．2 理论推导

3．3 编码曝光码字选取

3．3．1 传统码字选取准则

3．3．2 改进的码字选取准则

3．3．3 不同码字对图像复原效果的仿真实验

3．4 本章小结

4 基于光纤陀螺的颤振探测和PSF估计

4．1 基于光纤陀螺的卫星颤振探测

4．2 基于光纤陀螺探测数据的PSF估计

4．3 本章小结

5 实验系统及实验结果

5．1 实验总体设计

5．2 不同方法比较结果

5．3 仿真实验结果及评价

5．4 实拍实验结果及评价

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

硕士期间发表论文情况