“高分四号”卫星面阵凝视相机超分辨技术

"高分四号"(GF-4)卫星是中国首颗高分辨率地球静止轨道卫星,在防灾减灾、环境监测、天气预报等领域具有重大的应用价值。GF-4卫星相机采用面阵探测器,具有凝视观测、时间分辨率高等特点。根据GF-4卫星的成像特点,对GF-4卫星影像进行超分辨重建,可得到分辨率更高的卫星影像。文章针对遥感影像超分辨率重建需要解决的三个问题:图像配准、点扩散函数(Point Spread Function,PSF)的准确测量和超分辨率重建算法进行了研究。使用了精确测量PSF的改进凸集投影超分辨重建方法对GF-4卫星在轨图像进行了验证。测试结果表明,经超分辨重建后的影像在保持清晰度和信息细节的同时,分辨率得到了较大提高。该方法在面阵凝视空间相机遥感图像的超分辨重建领域具有良好的应用前景。     

超模式斜采样遥感图像超分辨复原方法

超模式斜采样成像技术通过将两排探测器阵列倾斜成像提高相机空间分辨率。由于不满足香农采样定理．图像中出现混叠。为了降低混叠对遥感图像超分辨复原的影响,文章提出了一种结合最佳倒易晶胞的超分辨复原方法。该方法根据超模式斜采样频域对偶网格建立相应的混叠模型．通过权重函数衡量噪声和混叠在频谱中的分布,得到噪声、混叠最小最佳倒易晶胞;并基于Huber—MRF（Markov Random Field）图像先验模型建立了耦合最佳倒易晶胞的MAP（Maximuma Posterior）超分辨复原模型。实验表明,该方法降低了超模式斜采样成像中混叠对复原的影响,获得了良好的超分辨复原效果。     

基于匹配追踪算法的SAR超分辨成像

提出了一种新的SAR超分辨成像方法。在SAR图像相位历史域点散射模型的基础上，利用SAR图像目标稀疏的性质，构造子像素级的紧致字典，并设计了一种改进的匹配追踪迭代算法来估计模型参数，从而生成更大尺度的相位历史数据，对得到的相位历史域数据成像即得到了更高分辨率的SAR图像。实验结果表明该算法具有良好的超分辨性能，同时所需时问比基追踪方法缩短40％以上。     

多尺度大视场十亿像素成像技术

十亿像素相机可以获取信息量较大的图像,在天文观测、航空航天遥感等领域具有广泛的应用前景。受探测器和光学设计水平的限制,传统的大视场十亿像素成像通过小视场相机扫描和图像拼接实现。为解决传统十亿像素相机实时性不高的问题,文章研究一种新型多尺度大视场十亿像素成像技术,从实现十亿像素成像的条件出发,阐述该技术的原理、优势及应用领域;分析系统独特的技术指标,包括物理锥角、重叠率等,梳理和归纳新型多尺度大视场十亿像素成像系统走向实用化过程中必须克服的关键技术。研究结果表明,该技术可在不提高系统复杂性的情况下大幅提高监视实时性。     

基于lk范数正则化方法的SAR 图像超分辨

提高合成孔径雷达(SAR)图像的分辨率对自动目标识别等具有重要意义.为此改进了一种基于lk范数正则化方法,并用于SAR图像超分辨.该方法通过合理开发利用符合SAR成像工程背景的先验知识,构造附加约束,把图像超分辨问题规划为形式简单的带约束优化问题.仿真和实测数据计算结果证实了该方法的有效性.     

一种空间推扫型光学成像系统几何映射方法

卫星光学遥感器在轨成像会受到颤振的影响,因此图像品质受姿态稳定度的影响很大,而高分辨率图像受到平台误差的影响更加明显。通过研究空间相机的几何模型,提出了一种从地球坐标系到空间光学遥感器坐标系之间的转换关系;分析了在轨卫星的姿态误差和运动源,并在几何模型中加入了内外方位元素特征;然后进行了空间TDICCD相机的成像仿真实验。为了在像面上模拟颤振,分别进行不同模态的颤振仿真,并且对视线范围内多模态综合作用进行仿真。仿真实验是基于三个轴系方向的,并且计算了TDICCD仿真图像的几何畸变量,模型中几何畸变量的测量尺度达到亚像素级,结果有利于指导卫星平台和遥感器的参数设计。     

基于lk范数正则化方法的SAR图像超分辨

提高合成孔径雷达（SAR）图像的分辨率对自动目标识别等具有重要意义。为此改进了一种基于lk范数正则化方法，并用于SAR图像超分辨。该方法通过合理开发利用符合SAR成像工程背景的先验知识，构造附加约束，把图像超分辨问题规划为形式简单的带约束优化问题。仿真和实测数据计算结果证实了该方法的有效性。     

资源三号卫星结构稳定性设计与实现

结构稳定性是影响卫星图像定位精度的重要环节。文章介绍了资源三号卫星在系统、相机、结构等方面为提高结构稳定性所采取的技术措施。资源三号卫星采用3台星敏感器与3台测绘相机一体化设计,并对星敏感器支架和相机支架等关键结构进行高稳定设计,提高星上姿态测量基准与成像基准的匹配精度;测绘相机采用低畸变光学系统设计,以提高相机内部稳定性;基于整星有限元模型对相机光轴在轨指向进行了仿真分析,并开展地面试验对设计和分析进行验证。卫星在轨数据表明:相机支架、星敏感器支架等结构在轨稳定性良好,卫星图像定位精度超过任务指标要求,相关设计、分析与试验技术可为后续高精度遥感卫星提供参考。     

多视场遥感图像虚拟焦面拼接理论误差分析

随着遥感对地观测技术的发展,对大视场、宽幅数据的需求日益增加,经常需要通过多幅遥感图像拼接来满足图像幅宽的要求。由多台相机同轨同时成像并拼接获取大幅宽遥感图像可以解决图像幅宽的问题。目前主要采用基于匹配的图像域拼接方法或根据成像几何关系生成虚拟拼接图像的方法获取宽幅图像。而生成虚拟拼接图像的方法物理意义明确且拼接后图像具有经典成像几何关系,成为图像拼接发展的趋势。文章根据同轨多视场图像虚拟焦面拼接原理,由摄影测量严格共线方程几何定位模型推导了多台相机不同视场图像的理论拼接误差计算公式,得出拼接误差的主要误差源;并仿真实验分析了拼接理论误差对图像拼接的影响,为多台相机拼接获取宽幅图像的设计和应用提供一定参考。     

宏观傅里叶叠层技术远距离成像实验研究

傅里叶叠层是一新型的宽视场高分辨成像技术,但是其在宏观成像领域的应用中,成像模型在米级成像距离下通常仅有2 cm左右的成像视场,难以满足使用要求。为了提高宏观傅里叶叠层技术的成像距离和视场,文章开展了远距离宏观反射式傅里叶叠层成像模型的理论研究,提出了一种新的宏观傅里叶叠层成像模型,该模型使用发散光束照明,通过球面波移位对目标傅里叶谱进行扫描重建高分辨率目标图像;此外,还分析了宏观相干成像机理和傅里叶成像模型近似条件,由此推导出模型的近似范围,为模型推广提供了理论基础;最后,利用搭建的实验系统对10m外目标成像,使目标分辨率从1.4 mm提升到0.35 mm,分辨率提升4倍以上,验证了模型具有通过合成孔径技术提升目标成像分辨率的能力。     

基于目标可见光散射特性的空间目标成像仿真研究

为使空间目标可见光成像仿真尽可能反映实际在轨工作状态,提出了一种基于目标可见光散射特性的空间面目标成像仿真方法。根据具体试验场景实时求解跟踪星观测相机、目标星和太阳三站间的相对位姿关系,在事先建立的覆盖全过程的目标可见光散射特性图像数据库中查询相应图像,由相机成像模型,实现空间目标的高逼真度可见光成像实时在线仿真。可为天基空间目标探测、识别与跟踪算法的研究提供较接近真实场景的仿真图像。     

提高空间光学遥感器有效分辨率的方法研究

亚像元成像技术是实现相机小型化、提高相机空间分辨率的有效方法。文章介绍了国内外主流的亚像元成像技术,分析了采样方式对标称分辨率及有效分辨率的影响。提出了基于倒易晶胞理论的自适应倒易晶胞用于调整错位频谱的方法,进一步提高了遥感器的有效分辨率。     

基于属性散射中心模型的SAR超分辨成像算法

基于属性散射中心模型,提出一种稳健而快速的SAR超分辨成像算法,在超分辨的同时能够考虑到目标的整体结构。首先利用改进的正交匹配追踪算法（OMP）对简化的属性散射中心模型进行参数估计,然后基于估计的模型参数在信号重构时进行二维频谱外推实现SAR超分辨成像。该算法具有较高的运算效率,相对于传统基于点散射模型超分辨算法,能够有效解决部件不连续的问题,并且初始指向角的利用可以取得良好的聚焦效果。仿真实验验证了该算法的优越性。     

应用NAR运动估计的序列帧间匹配技术

对于面阵相机推帧成像与数字TDI后处理相结合的对地高分辨率遥感新方式,在图像后处理过程中的帧间匹配步骤占据了大量运算资源与时间。文章首先简要介绍了推帧成像与数字TDI的应用模式,通过分析推帧成像模式下原始图像序列的空域互相关特性与图像匹配机理,提出了此快速帧间匹配技术,并进行了仿真试验。结果表明应用非线性自回归神经网络运动估计的快速帧间匹配技术可显著提高数字TDI后处理的实时性,使计算效率提升达70%以上,同时提高匹配精度,减少误匹配。该技术泛化力强,通用度高,不同地面分辨率、不同轨道高度的空间相机数据均可应用该技术进行快速且精确的机内或地面帧间匹配。     

浅析互有位移图像序列的超分辨率复原

超分辨率图像复原的目的在于复原截止频率之外的信息,以使图像获得更多的细节和信息。基于互有位移序列图像进行的超分辨率复原,除了利用物体的先验信息和单幅图像的信息之外,还充分利用了不同图像之间的补充信息,因此其超分辨率复原能力高于利用单帧图像的复原法。这项技术可以广泛应用于遥感、高清晰电视和医学成像等多个领域。通过对超分辨率复原技术理论基础的阐述,指出基于序列图像的高分辨率成像技术的合理性,并介绍对互有位移图像序列的获取方法:亚像元动态成像系统、光学系统和利用压电陶瓷的方法。     

单视角立体成像技术研究

立体成像是获取目标三维轮廓信息的有效方法。目前,在航天航空领域立体成像方法主要包括：基于立体视觉原理的三线阵成像方法和主动式激光测距立体成像方法。这两种成像方式由于对平台要求较高或者无法得到目标的灰度图像而存在相应的缺陷。文章研究了一种新的单视角立体成像技术。通过对该技术的研究认为,单视角立体成像技术能够实现单台相机单...     

应用相位相关法的TDICCD空间相机像移测量方法

空间相机亚像素精度的像移高精度测量是一项技术难题。文章针对高分辨率TDICCD空间相机的成像特点提出一种直接测量像移的方法,该方法利用高速图像传感器获取图像序列,然后采用基于局部上采样的相位相关法来测定亚像素像移变化曲线。Matlab软件的仿真实验结果表明,该方法对图像噪声和灰度变化有很高的容忍度,其测量精度在图像信噪比高于10dB时优于0.1个像元。     

物方反投影下的星载多光谱相机内视场虚拟线阵拼接

针对遥感卫星多光谱相机非共线TDICCD成像方式,文章提出了一种基于虚拟线阵CCD的相机内视场拼接方法。参考严格几何模型建立虚拟影像像点与地面点间的对应关系,校正相机内方位畸变,根据物方几何约束的地面点反投影算法,建立虚拟影像像点与原始影像像点的坐标关系模型,实现逐像素灰度赋值。最后,以两景"资源三号"卫星多光谱原始影像作为试验数据,验证所提算法的可靠性,试验结果表明:该拼接方法效果好、精度高,具有较好的应用前景。     

基于成像拖尾效应的图像测速算法

根据相机成像拖影长度与相机运动及曝光时间的关系,提出一种基于成像拖尾效应的图像测速方法,给出了用航拍相机进行图像测速的实施方案。建立了影像与成像平面和地面景物间的相对运动模型,设计了基于互相关分析的拖影长度测量方案,给出了测量算法,并分析了像素尺寸和成像比例等对测速精度的影响。算例表明：该法对速度无剧烈变化的准匀速运动的测速效果较好,为飞行器实时飞行速度测量提供了一种解决方案。     

基于基追踪的SAR图像超分辨处理

研究SAR图像的超分辨处理方法对于提高图像质量具有重要意义。结合雷达成像的目标属性散射模型，利用信号原子分解办法得到了SAR成像的最优信号原子，提出了利用基追踪方法估计模型参数的SAR图像超分辨处理方法。该方法利用了稀疏性先验信息，理论上比传统的匹配追踪方法具有更优越的性能。仿真算例和MSTAR实测数据的处理结果表明，这种处理方法具有良好的超分辨性能。