垂轨环扫卫星影像有理函数模型的构建及精度评估

垂轨环扫传感器能兼顾实现超大幅宽(千公里级)与高分辨率(米级)成像,其影像数据量远超传统卫星(单景影像达几百GB)。为了探究该成像方式下影像有理函数模型的适用性和精度,基于垂轨环扫传感器成像原理构建其严格成像模型。针对垂轨环扫影像特性,提出一种结合数字高程模型的地形相关控制点布设方案。采用星下点坐标确定初始迭代区间的方法解决大幅宽条件下反投影计算失效的问题,从而实现任意幅宽影像整景范围内物方坐标到像方坐标的求解。最后,通过生成不同幅宽的模拟影像及姿轨数据完成有理函数模型的建立,探究有理函数模型对严格成型模型的拟合精度。实验表明:3000 km幅宽时,一景实验影像在大地坐标系下地形无关、地形相关方案得到的有理函数模型的拟合误差分别为3004.25,1939.04 pixel;地心直角坐标系下的拟合误差为27.50,24.96 pixel。影像大幅宽时,主要受地球曲率影响,大地坐标系解算的RPC误差极大;在地心直角坐标系下解算的RPC具有更高的拟合精度,但二者均无法实现对严格成像模型的高精度拟合。对垂轨环扫卫星影像有理函数模型拟合精度的初步探究为卫星入轨交付后的影像处理奠定了技术基础。

锥束准三代三维工业CT成像方法研究

基于FDK(Feldkamp,Davis and Kress)重建算法的圆轨道锥束扫描方式,因为算法的简洁性和工程实现的可行性,成为目前主要的三维工业计算机X射线断层摄影术(3D-ICT)成像技术。但受探测器长度的限制,该种技术的扫描视场小,可检构件尺寸受到限制。为解决较大尺寸构件3D-ICT检测问题,讨论了一种扫描锥束偏转的准三代3D-ICT成像方法,推导了它基于FDK原理的滤波反投影(FBP)重建算法。计算机仿真验证了该方法的正确性。分析表明,在扫描锥束偏转两次情况下,其有效扫描视野比圆轨道扫描方式提高1.4倍以上。

线源圆轨道锥束扫描三维CT重建算法

基于点X射线源圆轨道锥束扫描的FDK近似3D-CT重建算法重建速度快,在10°锥角内重建精度高,因此在工程上得到广泛应用。但是,这种算法不能满足线X射线源圆轨道锥束扫描的情况。为此,将上述点源FDK近似原理拓展到线源情况,推导了线源圆轨道锥束扫描3D-CT重建算法。计算机仿真结果证明了该算法的正确性。利用这种算法,对圆轨道锥束大视场扫描3D-CT实验数据进行重建,获得了正确的图像。

线阵垂轨环扫式光学遥感卫星影像几何纠正

新型线阵环扫式光学遥感卫星通过垂轨环扫、沿轨拼接的成像方式实现了超大幅宽与高分辨率的兼顾,但其特殊的成像方式也导致影像的几何畸变十分严重,必须对其进行几何纠正。本文提出了一种适用于线阵环扫式光学遥感卫星的影像几何纠正方法,该方法首先在科学分析卫星成像特点的基础上构建线阵环扫影像的严格成像模型,然后利用影像轨道、姿态参数和开源DEM对影像进行粗纠正,最后利用参考正射影像匹配得到大量同名点作为控制点,通过样条函数拟合进行影像精纠正。为验证提出方法的有效性,利用模拟影像开展了试验,结果表明该方法几何精纠正的精度可以达到1像元。该方法能够有效解决线阵环扫式卫星影像几何畸变大的问题,提供高精度影像产品,具有重要的应用价值。

锥束射线RT扫描大视场三维CT成像方法研究

受探测器尺寸和重建锥角的限制,基于单圆轨道扫描和FDK算法的三维CT成像方法难以对大物体进行三维CT成像。提出了一种基于平板探测器,采用锥束RT扫描方式的成像方法,推导了其三维CT成像算法。首先把对回转物体进行三次锥束平移透照的投影数据重新排成为更大范围的倾斜平行投影数据,然后经过加权滤波和反投影重建,获得物体的三维层析结果。仿真结果表明,该方法在重构大物体图像时,获得了满意的图像质量。水平方向视场是单圆轨道FDK算法视场的2.88倍,在垂直方向减少了锥角过大形成的伪影,提高了物体的重构精度。

锥束射线三维大视场工业CT成像方法研究

基于FDK重建算法和圆轨道锥束扫描的三维ICT(industrial computed tomography)因算法的简洁性和工程实现的可行性已成为目前主要的3D-ICT成像技术。由于受探测器长度的限制,该技术的扫描视场小,所以可检构件尺寸受到限制。为解决较大尺寸构件3D-ICT的检测问题,讨论了一种仅需旋转检台偏置的大视场3D-ICT成像方法,推导了基于FDK原理的滤波反投影(filter back-projection,FBP)重建算法。计算机模拟和实验结果证明了该技术的正确性。分析表明,其水平方向的有效扫描视野比基于FDK的圆轨道锥束扫描三维CT提高了80%以上。