光学遥感卫星全链路成像质量影响因素分析

本文首先介绍了成像质量、影像质量的概念；然后从成像链路的角度分析了卫星平台、有效载荷、数传、数据处理等因素对传输型光学遥感卫星成像质量的影响；最后针对国内卫星成像质量方面暴露出来的问题，提出了通过深入研究成像质量控制机理、建立科学合理的指标体系与成像质量评估体系以及加强试验仿真、重视定标与飞行试验等手段，提高遥感卫星的成像质量。

基于气象预测数据优化卫星成像参数

卫星传感器成像参数包括增益、积分级数、行积分时间等,需要在传感器成像前通过地面站指令上注,合理的成像参数设置是获取高质量遥感影像数据的重要前提。本文提出了一种基于气象预测数据的卫星传感器成像参数优化与计算方法,首先,根据成像链路模型,结合气象预测数据中能够较好反映地表状态变化的地表反照率数据,解算目标地物成像时刻天顶辐亮度;然后,利用传感器绝对辐射定标系数解算不同成像参数下对应的图像灰度;最后,根据图像灰度适宜的策略选取合理的成像参数。通过吉林一号视频04星推扫成像模式验证本文提出的算法对全色和多光谱谱段图像信息熵分别提升4.37%~23.71%,采用本文提出的优化成像参数可以有效改善卫星遥感影像的有效动态范围,满足高质量遥感影像数据获取需求。

荧光成像系统对比度分析与成像仿真

目前荧光成像技术在生物医学领域得到越来越广泛的应用。为了缩短产品设计和开发周期,且能更直观地反映系统的成像效果,根据各模块光谱特性曲线,提出了荧光成像链路模型。利用该模型,对荧光成像系统的对比度进行了分析,验证了滤光片光密度(OD)值的合理范围是在5~7之间。最后以荧光显微镜为例,对系统成像过程进行了仿真。结果表明,各模块不匹配也会对系统对比度产生影响,仿真图像能够直观反映出系统的匹配程度和成像效果,并与实际系统测试结果相吻合,证明了该链路模型仿真的可行性和有效性。

天基红外探测系统成像仿真方法

天基红外探测系统成像仿真方法主要有两类:一类是基于实测图像反演,另一类基于物理模型。建立目标与环境元素的辐射耦合关系,对场景、光照条件、观测条件等进行建模;目标与背景的信息经过反射或辐射,在大气中传输,到达卫星平台上的成像相机入瞳,经由光学系统汇聚到相机的焦面,经过采样、积分、光电转换后传递回地面上的电子学系统,电信号受到电子学系统的放大、偏置、量化后形成数字信号。建立各个环节模型,结合目标与背景的辐射场景模型及经过成像链路主要环节的传递函数退化模型,实现对天基红外系统目标的仿真。

色散推扫型高光谱数据系统残余误差校正

高光谱遥感成像链路中各个环节产生的系统误差会降低数据质量(quality),从而削弱高光谱数据的应用潜力。为了消除高光谱辐亮度数据中的系统残余误差,以色散推扫型高光谱遥感系统为例,提出了基于成像链路的系统残余误差校正流程。首先,从成像链路出发,在不同环节分析系统残余误差的产生原因及机理;然后,通过分析检测及校正算法对数据质量的影响,以及误差项之间的内在联系,设计了一种系统残余误差校正流程;最后,以PHI高光谱数据作为数据源对提出的校正流程进行实验验证。结果表明:校正后的图像可视性增强;信噪比显著提高,最大提升值为91.9%;反射率数据中的过校正现象得到有效消除。利用该校正流程能够较好的消除数据中的系统误差,提高图像数据质量以及后续应用处理能力。

一种新的光学遥感器优化设计方法

针对高分辨率空间光学遥感器,既要实现轻小型化,又要获得高品质遥感图像的要求,本文提出一种基于成像链路仿真的遥感器优化设计方法。文章以MTF和噪声模型为基础分析成像链路中的各个环节对成像质量的影响,同时考虑末端图像复原处理,构建成像链路仿真模型,通过遥感器指标评价和仿真图像质量评价来优化遥感器的总体指标,从而在保证成像质量的同时降低遥感器研制难度。实验验证了优化设计方法的可行性和优势。

基于温差扰动补偿的红外纹理生成新方法

针对传统红外视景仿真中红外纹理生成效果生硬,真实感欠缺的问题,提出了一种基于温差扰动补偿的红外纹理生成新方法。该方法以实测红外图像为数据源,模拟红外成像机理构建红外成像链路模型,解耦环境影响因素得到红外图像各像素点对应的温度值,通过建立的目标表面热平衡方程和一阶导热方程求解实测与仿真时刻表面温度均值,利用各点温度与实测时刻均值温度的差值求得表面温差扰动,最后对仿真时刻均值温度进行温差补偿,得到表面的预测温度分布,并将计算出的辐亮度数据存储为DDS(Direct Draw Surface)纹理格式,以提高纹理生成的实时性。实验结果表明,该方法充分考虑到真实红外数据源的可靠性,同时兼顾红外纹理生成效率,在红外视景仿真中具有较好的工程实用价值。

一种Blinn-Phong BRDF红外反射模型的研究

针对红外场景仿真中辐射反射分量运算复杂、真实感欠缺等问题,提出一种Blinn-Phong BRDF红外反射模型,并基于Unity平台将其应用于三维红外仿真场景。该方法在对实测红外图像进行阈值分割的基础上,利用简化辐亮度运算和红外成像过程的仿真链路反演模型,求解目标表面温度值,根据红外辐射原理与可见光光照模型的理论相似性,将改进的Blinn-Phong光照模型移植到红外波段,并引入双向反射分布函数提高仿真精度,提出Blinn-Phong BRDF红外反射模型;最后基于该辐射反射模型构建零视距仿真场景,同时将仿真图像与实测图像进行比对,验证了反射模型的可信度和有效性。实验结果表明,提出的红外反射模型既有较高的仿真效率,又能够较好地模拟红外反射的高光现象,满足红外视景仿真对辐射反射的要求。

小型无人机模糊图像复原问题分析

首先结合实际背景,从全链路的角度研究小型无人机图像的成像过程,建立成像链路模型,然后分析影响图像成像质量的各种退化因素,归纳出运动、离焦、大气散射3种典型的模糊退化类型,并分别建立模型;最后结合工程背景,提出一种实用小型无人机典型模糊图像复原策略。

基于图像差值调制模型的红外纹理生成方法

针对红外场景仿真中纹理映射真实感欠缺,实用性和灵活性较弱的问题,考虑到实拍图像在多方面的局限性,提出了基于红外图像灰度差值调制模型的纹理生成方法。该方法以实测某时刻红外图像为基础,实施材质分类后将材质灰度与其灰度均值进行逐像素差值运算,得到主要景物材质的灰度差值分布,利用传热学理论求出景物在一天内其它时刻的均值温度,再模拟红外成像系统工作过程将其量化为对应灰度均值,并与灰度差值分布进行调制,生成仿真时刻的红外图像。实验结果表明,利用该方法生成的红外纹理图像兼具较高的真实性和可靠性,能够满足仿真应用要求。

基于通用模型的光学载荷成像建模与分析方法

在时敏目标精确打击、导弹预警、光学遥感和测绘等应用过程中,光学载荷成像定位精度是最为重要的性能指标之一。光学载荷成像变换过程可以等效为目标点到像点的坐标变换过程。提出了一种基于成像链路分解与有限差分的光学载荷成像定位建模和分析方法。分析了典型光学载荷成像链路的组成,定义了成像变换坐标系统,分析了坐标系之间的变换关系;基于光学载荷成像模式,建立了光学载荷通用成像定位模型;提出了基于有限差分的光学载荷成像定位系统模型参数灵敏度和成像定位误差计算方法;采用摄影测量解析计算模型对所提出的模型方法进行了验证。结果表明,该方法可以得到高精度的计算结果,由于考虑了成像链路的更多细节,所以可实现更加复杂的系统建模和分析。