摘要：空中采图要解决的一个主要问题就是如何获取地面景物高质量的二维灰度图像,无论图像的应用目的如何,一个基本的要求是其要有高的对比度和高信噪比.景物的成像的实质上就是景物实体的电磁场存在形式经光电系统映射为数字图像的过程,在这个映射变换过程中,影响图像质量或可改变图像最终状态的因素很多,比如与相机相关的光学系统像差的影响、渐晕的影响、视场大小的影响,大气的状态、光电探测器光谱响应特性的影响,相机均匀性、动态范围的影响等;景物形成数字图像后,在图像处理技术中多年来已研究出了各种各样的处理算法可改变图像的状态,以提高质量,如常见的空域图像增强中的灰度变换、直方图处理、算术/逻辑处理、空间滤波,频域图像增强中傅氏变换下的各种滤波处理技术等.在上述领域中已有许多研究如何改善图像质量的文章,也取得了很多研究成果.在这里,本文不打算涉及上述研究领域的内容,而将研究的重点聚焦在光谱技术上,贯穿光谱成像技术这一主线,研究如何在空中获取地面景物的高对比度、高信噪比图像.计算机对地面景物多维信息的处理是建立在两维投影平面上,而在此平面上只有景物的投影几何形状及其灰度分布能够表怔地面景物特征.抛开成像光学系统不说,从图像形成过程看,影响图像质量的主要因素有如下几个方面:地面景物光照度、地面景物反射特性、地面背景干扰状况、大气后向散射特性、大气吸收特性以及光电探测器响应特性.在光电成像过程中,这些因素交错在一起,互相影响,看似错中复杂,比如为提高图像的信噪比和对比度,尤其是在照明光较弱的情况下,一般希望景物的光照度高一些,但当照明光照度提高后,却带来大气分子的后向散射,反倒降低图像的质量;探测器响应灵敏度高有利于低照度成像,但却很容易受地面背景光源干扰,尤其对高反射率景物成像时可能引起饱和.解决这一问题需要全面综合有效的途径.实际上在这些因素中,光谱起着非常重要的作用,它是问题的主要矛盾,因为当我们用光电成像系统获取地面景物的二维图像时,很多条件是客观存在的,不是人所能左右的.比如,地面景物的反射率,大气的后向散射以及相机的响应等,但是在成像过程中,很多环节受光谱影响较大,而我们可以在相当程度上主动选择成像光谱,以达到改善成像质量的目的.本文的主要目的就是要研究在不同的自然环境下如何选择最佳兼容光谱区域使ICCD成像器获得地面景物的高对比度、高信噪比图像,使地面干扰最大限度的得到抑制.文中以低空对地面采图为应用背景,建立了包括阳光照明条件下和脉冲氙灯照明条件下低空采图光谱成像信息传递模型及数学表达式.对阳光及脉冲氙灯的辐射光谱特性、ICCD光电探测器的光谱响应特性、应用中常见景物的反射光谱特性、以大气散射光谱特性、阴影及地面常见路灯辐射光谱分布等因素对成像质量的影响,作了定量和定性的分析、研究,统筹考虑各方面因素的影响作用,最后得出兼容各方特点的近红外最优照明光谱区域,并给出了在现有条件下获得最优照明光谱光源的可行途径.
