面阵航空相机的图像稳定技术研究

航空相机是对地勘查测量获取信息的重要设备,通常采用前向飞行结合翼展方向摆扫的方式来扩大航空相机视场。着眼于扩大视场带来的运动像移问题,进一步严格推导了飞行和翼展两个方向的像移补偿公式,提出了实用性较强的像移补偿方案。基于MATLAB/Simulink环境对像移补偿系统数学建模进行仿真验证,仿真结果证明了该补偿方案的可实现性。在硬件实验中采用FPGA芯片作为核心芯片,实现了设计方案中像移补偿的功能。实验和仿真结果曲线实现了较好的吻合,像移补偿效果图进一步证明了像移补偿是提高航空成像质量和分辨率必不可少的环节。

远距斜视航空相机获取大场景图像技术研究

针对远距航空相机视场角较小的问题,介绍了目前常用的几种像移补偿技术,并对各种补偿方法进行了比较。采用小面阵相机并结合系统光学元件通过在横滚方向的摆扫实现大场景地面成像,对摆扫过程进行了数学分析,得出了摆扫所需的扫描指令。通过仿真实验验证了推导的数学公式的正确性,仿真结果表明,应用该扫描指令即可通过小面阵航空相机实现地面大场景图像的获取。

结合面阵成像的摆镜扫描系统设计研究

为实现低轨卫星对地面热点区域快速、大范围的成像侦查,对面阵成像摆镜扫描系统的设计进行了研究。基于反射镜摆动扫描展宽相机视场的原理,根据卫星轨道高度、地面分辨率,确定扫描系统采用阶梯式的步进扫描,要求摆镜快速摆动快速稳定。给出了摆镜扫描系统的组成、技术指标和构型,采用TRUM-60旋转行波超声电机作为驱动电机。对设计的摆镜系统建立虚拟样机模型进行仿真,设计的摆镜模态满足系统使用要求。用ADAMS软件对摆镜系统进行动力学仿真分析,摆镜单步运动满足50ms快速摆动、50ms快速停止稳定成像的要求;1个运动周期内摆镜的运动状况与设计要求一致,前1 000 ms内完成10次快摆快稳的步进扫描,回程用时少于200ms,完成1行扫描的时间充裕。设计的摆镜扫描系统能完成面阵扫描,实现宽幅成像。

一种基于面阵摆扫式航空影像的特征匹配方法

特征匹配是面阵摆扫式航空影像处理的关键步骤,针对传统特征匹配方法在面阵摆扫式航空影像匹配时存在匹配点数量少,分布不匀均的问题,本文提出一种基于自适应亮度空间的特征匹配方法。首先根据影像POS(Postion Oriental System)信息求解待匹配影像间变换关系进行影像校正,在校正后的影像上构建自适应亮度空间,使用ORB算子和BEBLID算法在亮度空间上获取特征点和二进制特征描述符,然后基于汉明距离获取初始匹配点,使用RANSAC算法剔除粗差,最后将匹配点变换到原始影像上得到最终匹配结果。本文选取6组具有视角差异及亮度变化的面阵摆扫式航空影像进行实验,将本文算法与SIFT、SURF、ORB、ORB+BEBLID、ASIFT等匹配方法进行比较,结果表明:本文算法通过建立影像间变换关系,构建自适应亮度空间,使得算法提取的特征点数量增加1.5倍,获取匹配点数量是其他算法的3倍以上,且匹配点分布更加均匀,匹配效率高于其他算法,验证了本文算法在具有亮度变化及视角差异的面阵摆扫式航空影像上匹配的有效性。