线阵推扫式相机高精度在轨几何标定

基于偏置矩阵和探元指向角构建了线阵推扫式相机的在轨几何标定模型,并给出了相应的参数求解方法。分析了线阵推扫式相机物理内参数模型与指向角内参数模型的区别与联系,对物理模型到指向角模型的演化过程进行了推导,分析了偏视场相机与正视场相机在使用指向角模型时的不同,并分别给出了两者的具体计算公式。利用嵩山检校场高精度控制数据和天绘一号高分影像验证了本文的模型和解法。实验结果表明,本文的标定模型和求解方法可解算出稳健可靠的内参数;两次标定结果相比,95%的样本探元沿轨方向的指向差异小于0.1像元,93%的样本探元垂轨方向的指向差异小于0.2像元。经在轨几何标定,影像定位精度显著提升。

利用CCD拼接实现推扫式遥感相机的自动调焦

根据空间推扫式遥感相机CCD的拼接结构,提出了利用CCD重叠区域的图像指导自动调焦的方法。首先,介绍了空间推扫式遥感相机的CCD拼接结构;根据推扫式成像的特点,利用具有并行处理数据能力的现场可编程门阵列(FPGA)同时接收多个CCD重叠成像区域的图像数据,并计算图像质量评价值。然后,选取图像质量评价值最大的3个重叠区域作为表决调焦方向的依据。最后,通过实验分析说明了本方法的可行性。试验中,相机的推扫频率为10kHz时,调焦一步的时间为0.2s,表明本文的调焦方法具有较好的实时性。提出的方法为空间推扫式遥感相机的在轨自动调焦提供了可行依据。

推扫式遥感相机超满阱大动态范围成像

为了提高推扫式遥感相机的动态范围,对应用DTDI(Digital domain Time Delay Integration)技术并采用固定积分级数的成像方法以及高动态范围图像的显示方法等进行研究。首先介绍了DTDI技术基本原理,然后利用该技术突破传统模拟域TDI的满阱电荷限制,获得更高深度、更大动态范围的灰度图像数据,进而拓展了推扫式遥感相机的动态范围。最后结合图像熵和图像灰度分布方差构造评价函数,并将其作为判据选择被关注目标高动态范围图像的最优显示窗口,将信息量最大、层次最为丰富的区间自动显示出来。计算和实验结果表明,当固定积分级数为64的时候,推扫式遥感相机的动态范围可以有效地提高36.124dB;基于评价函数的显示窗口自动选取方法较人工选择能够更加快速、准确地显示最优结果。本文提出的方法能够基本满足推扫式遥感相机领域大动态范围成像及选择显示的需求。

利用LSF实现推扫式遥感相机的自动调焦

为实现推扫式遥感相机自动调焦,结合推扫成像的特点提出了利用LSF作为图像质量评价函数来指导自动调焦的方法。该方法利用了LSF和MTF的傅里叶变换关系。经过边缘检测后,搜索刀刃边缘区域,提取边缘扩散函数ESF,并通过求导得到像元尺寸级的LSF;然后利用最小二乘法作LSF的曲线拟合得出亚像元尺寸级的LSF,并且由LSF的重要参数σ得到图像质量评价值(IQE)指导推扫式遥感相机的自动调焦过程;通过实验对该方法的准确性和实时性做了验证,并给出了调焦精度的计算方法,最后利用IQE改变步距的爬山坡法实现调焦过程,提高了对焦速度及可靠性。实验结果表明:调焦精度可达到0.1倍焦深,调焦一次动作不超过0.2 s。说明该方法在实时性和准确性的方面都得到了较好的体现,为推扫式遥感相机实现自动调焦提供了可能性。

推扫式多光谱遥感相机动态范围拓展方法

为了提高推扫式航天遥感相机的动态范围,对TDI-CCD(Time Delay Integration-Charge Coupled Device)的全色谱段和多光谱谱段积分级数的特殊设置方法、相应图像的插值与融合方法进行研究。首先,介绍了常见的TDI-CCD的像元尺寸和谱段构成等参数,以及现有高分辨率多谱段融合图像的获取方法,分析了常规的积分级数设置规律。接着,提出在提高全色谱段的积分级数,降低多光谱谱段积分级数的情形下,分别获取各个谱段的灰度数据,为提高相机的动态范围提供原始数据。最后,针对性地提出了图像的融合、插值算法,可以得到高动态范围、高分辨率的全色图像。实验和计算结果表明:该方法能够有效提高相机的动态范围,当P谱段积分级数提高2倍,全色谱段降低为原来的1/4时,最终获取的融合图像动态范围可以提高18.06 dB。基本满足应用单排TDI CCD提高推扫式航天遥感相机动态范围的要求。

TDI CCD交错拼接推扫相机严格几何模型构建与优化

时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)交错拼接推扫相机,是指焦平面上交错成两行排列多个TDI CCD阵列,并采用推扫成像方式的光学相机。为兼顾空间分辨率与地面覆盖宽度,当前较多的高分辨率光学遥感卫星都搭载了此类相机。本文总结了此类相机的成像原理和特点,基于成像瞬间多片CCD共享一套外方位元素的特点构建了该类相机的"整体几何模型"。针对定位过程中的外部误差和内部误差,基于整体几何模型设计了相应的内外误差补偿方案,对该类相机几何模型的优化进行了研究。以8片TDI CCD交错拼接的天绘一号(TH-1)卫星高分相机原始影像为试验数据设计了多组试验对本文方法进行验证。结果表明:本文的整体几何模型可严格描述该类相机的原始几何物像关系;仅进行外部误差补偿时,影像定位精度显著提升,但各分片CCD影像残留有不同的系统误差;仅进行内部误差补偿时,影像定位精度没有显著提升,但各分片CCD影像定位精度的一致性得到明显改善;对内部、外部误差均补偿后,影像在X、Y、Z方向的定位精度皆优于2m,且各分片CCD影像定位精度具备一致性;将计算出的内部误差补偿参数应用于成像时间间隔22d的其他多景影像时仍达到了同样的定位精度。

基于Inpho快速获取推扫式数码相机DEM数据的方法研究

随着航空摄影测量技术的快速发展,海量的DEM、DOM数据处理已经成为测绘生产常态。快速处理能力是一个非常重要的问题。以"自动、智能、高效"为特征的DEM生产已经作为信息化测绘生产的一个重要标志。本文主要研究基于Inpho软件MATCH-T及SCOP++模块快速获取DEM的方法。

基于高精度POS航测相机影像快速生产体系的建立

ADS 40作为徕卡新的传感器,目前国内用于大规模航拍的不多。由于携带高精度POS系统,外业工作量大大减少,但同时,内业处理难度也有所增加。国内尚没有成熟的生产体系可供参考,建立起基于高精度POS系统的数字摄影测量快速生产体系至关重要。

多通道航天相机内部的图像实时合成压缩

提出了一种基于FPGA(Field programmable gate array)平台实现的星上时间延时积分电荷耦合器件(Time delay integrate charge coupled device,TDICCD)遥感图像实时合成压缩方法。首先,在信号的处理流程上进行创新。然后,针对TDICCD线阵推扫成像模式的特点,采用一种改进的、无需训练的、基于LMS(Least mean square)的自适应预测编码方法进行合成压缩。最后进行试验验证,结果表明:本文算法在对图像进行无损压缩和2倍压缩时,系统主时钟从110MHz分别降低为80 MHz和60 MHz,恢复图像的PSNR(Peak signal-tonoise ratio)至84dB以上;处理每行的平均时间为57.3μs,小于相机的最小行周期63μs,满足实时性要求。

航空摄影测量面阵相机与线阵相机数据生产工艺的探究

主要研析了传统框幅式面阵相机与推扫式线阵相机的生产工艺,主要分析了面阵式家族中的佼佼者UCXP、DMC相机与徕卡ADS推扫式线阵相机的数据生产工艺特点分析,探究了两种类型相机在全数字摄影测量作业中所体现的差异性与优劣性。

星上多通道TDICCD相机内部的图像实时合成压缩

为了解决星上图像整合电路工作频率过高而造成的成像系统工作不稳定的问题,在相机的结构上进行创新,提出了一种基于FPGA平台实现的星上TDICCD遥感图像实时合成压缩方法。首先,介绍了星上多通道遥感图像实时合成压缩的原理;然后,针对TDICCD线阵推扫成像模式的特点,采用基于行的2D-DWT整型提升算法,提出了比特平面和编码过程全并行的EBCOT结构,实现了在对图像数据进行整合的同时进行图像的近无损压缩;最后,搭建试验平台进行验证,结果表明,在无损压缩和2倍压缩时,系统主时钟从原来的100MHz分别降低为80MHz和64MHz,系统稳定,恢复图像的PSNR可以达到84 dB,满足大于80 dB的成像质量要求。处理每行的平均时间61.2μs小于相机的最小行周期63μs。算法稳定可靠,实时性好,实现了相机内部的合成压缩,满足实际工程需求。

空间相机星上辐射定标技术的研究

空间相机在轨运行之后,由于环境的变化和时间的推移,空间相机的响应性能必然会发生衰减。为了提高卫星下传数据的辐射反演精度,必须对它的星上响应性能进行实时跟踪和监测。为此,必须对空间相机进行星上辐射定标。本文对空间相机的星上辐射定标技术进行了介绍,另外还介绍了国内外最新的推扫式空间相机和它们采用的星上辐射定标技术。

TDI CCD静态点扩散函数多相位刃边测量

点扩散函数(PSF)能够完整表征物空间一点发出的光经过相机系统在像空间的分布特性,是反映相机性能的关键参数,也是进行图像复原的重要依据。针对星载TDI CCD静态PSF单一刃边法测量时初始相位无法确定、采样点少的问题,提出一套多相位刃边靶标设计及数据处理方法。对多相位刃边法和矩形靶标刃边法静态PSF测量进行蒙特卡洛仿真,结果表明本文提出的方法测量相对误差小于2%,且结果稳定,而矩形靶标单一刃边法测量相对误差约10%。将该方法用于高分二号全色相机的静态PSF测试,利用双星点靶标对结果进行验证,证明了该方法在星载TDI CCD静态PSF测试工程应用中的可行性。

机载数字传感器ADS40的正射影像图生产技术

ADS40机载多波段数字传感器因为具有高精度POS系统以及直接获取数字影像等特点而备受业界关注。ADS40影像的数据生产体系比以往的生产体系有着明显的优势,介绍了基于ADS40广州市1:2 000正射影像图的测制技术、生产流程及成果管理与应用。

GPS／IMU集成航测系统自检校空三平差方法研究

对集成GPS／IMU传感器数字航摄成像系统的系统误差进行分析研究，提出综合考虑成像系统各种系统误差项的自检校空三平差数据处理方法，并对具有代表性的ADS40三线阵摄影数据进行了试验，结果表明，采用所给技术方法可得到可靠性高、精度高的空三平差测量结果。

星上多通道遥感图像的实时合成压缩

针对星上图像整合电路工作频率过高而造成的成像系统工作不稳定的问题,讨论了相机结构的改进,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现星上时间延迟积分CCD(TDICCD)遥感图像实时合成压缩的方法。介绍了星上多通道遥感图像实时合成压缩的原理。针对TDICCD线阵推扫成像模式的特点,使用改进的JPEG-LS压缩算法;通过自适应量化动态地控制码率,在FPGA硬件平台上实现了图像数据的实时合成压缩。试验验证结果表明,在无损压缩和2倍压缩时,系统主时钟从原来的100MHz分别降低为80MHz和64MHz,整合电路的工作稳定,恢复图像的峰值信噪比(PSNR)满足大于80dB的要求。提出算法的存储量小,处理每行的平均时间为57.5μs,小于相机的最小行周期63μs,满足实时性要求。本文系统可靠性高,算法稳定,实现了星上多通道时间延迟积分CCD相机内部的实时合成压缩。

TDICCD像元非均匀性对图像压缩的影响

为了验证星上遥感图像实时非均匀性校正的必要性,对TDICCD像元非均匀性对遥感图像压缩的影响进行了深入研究,并利用FPGA设计了一套实时非均匀性校正系统。首先分析TDICCD像元非均匀性产生原因,以及非均匀性对后续图像压缩影响的原理,并根据星上实际应用的条件,提出了一种保留增益的单点非均匀性校正算法,该方法即保留了2点校正算法适应性强的优点,又克服了星上2个标准源难以实现的缺点。最后进行实验验证,结果表明非均匀性优于1%,并将校正前后的图像分别进行了图像压缩,对压缩效果进行了比对,无损压缩时,像元非均匀性校正后,压缩比提高1.5倍左右;有损压缩时,PSNR提高4 d B以上,表明了星上实时图像压缩的必要性,以及本文系统和算法的可行性。