一种新型超大视场小畸变光学系统

光学遥感器正朝着高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、大视场等方向发展。在传统空间遥感系统的研制过程中,分辨率与大视场互为矛盾,但在某些场合下,不仅需要图像具有较高的分辨率,而且需要具有较大的视场。解决这一矛盾对空间光学的发展具有积极作用。文章介绍了一种新型多尺度单心光学系统,从其设计原理出发,给出了一个多尺度单心光学系统的设计实例。经验证该系统能够实现大视场,像面照度均匀、畸变小,全视场具有一致分辨率,无需扫描即可获取大视场图像。文章介绍的这种成像系统结构对未来超大视场高分辨率空间遥感器的设计提供了参考。     

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。     

双极性压缩观测光谱成像技术研究

压缩传感突破了 Nyquist-Shannon 采样定理的限制,从随机观测的少量测量值中即可高精度地获取图像,给成像设备的设计带来了巨大变革。压缩传感理论证明可以通过重构恢复获得比焦平面阵列分辨率更高的场景图像。尽管在理论上存在巨大优越性,压缩传感成像系统的物理实现需要考虑一些实际问题。文章围绕压缩传感成像设备进行了研究,提出了一种物理可实现的压缩成像方法,该方法利用双通道观测架构实现压缩成像中的双极性观测,解决了压缩成像理论与实际物理约束不一致的问题。采用多路技术和多膜技术实现大视场观测与多次视场观测,该方法可以单次曝光获取充足的观测值来高精度重构原图像。压缩光谱成像数值仿真实验验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

基于单像素成像的遥感图像分辨率增强模型

目前对地遥感的最主要途径之一便是通过遥感相机获得目标物信息,然而遥感相机的分辨率直接影响成像质量。结合遥感相机的推扫式成像技术,文章提出了一种基于单像素成像的超分辨增强技术模型,该模型能够简化重建过程,其设计目标是基于单像素超分辨的技术手段将航天遥感相机的图像分辨率增强4倍。为了验证该设计思想及其重建效果,文章设置了超分辨增强仿真试验,最终仿真试验结果表明,基于单像素的超分辨模型可以将图像的信噪比提高1.1倍,且重建的图像具有明显的抑制噪声的效果,起到了良好的降噪功能,相较于其他传统图像分辨率增强方法（如双三次内插、超深超分辨神经网络）具有更高的优越性。该方法可为地理遥感探测、土地资源探查与管理、气象观测与预测、目标毁伤情况实时评估等诸多领域的图像处理和应用提供有力支持。     

空间遥感智能载荷及其关键技术

针对空间对地遥感观测任务对遥感器高分辨率和灵活性的需求,文章提出并介绍了智能空间光学载荷技术。所研制的新型载荷系统的设计思想是将微型高精度星敏感器、MEMS陀螺仪、高分辨率光学相机进行一体化设计,全面提高在轨成像时相机姿态实时性测量精度及各组件数据深耦合性。应用实时定姿定位、动态像速匹配及像差追踪校正,图像非盲反卷积等自主研究开发的最新理论和技术成果,实现遥感器在轨智能化高分辨率成像。根据智能载荷的技术特点开展了相关原理样机标定和测试技术的研究。     

基于大数据多视场传函计算的星载相机焦面标定方法

为了精准标定星载相机在轨焦面位置,提出了一种基于大数据多视场光电传递函数过焦曲线的计算方法,即采用大数据处理办法,排除温度梯度、振动等测试环境影响,计算得到多视场光电传递函数,并测试计算不同焦面位置下的传递函数,绘制过焦曲线,标定焦面。通过该方法,实现了有效光学口径为600 mm,焦距为2597 mm的高分七号卫星正样激光测高仪系统中两通道可见光足印相机的焦面标定,位置标定精度小于0.02 mm,各个视场传递函数优于0.35(31线对/毫米)。经高分七号在轨图像验证,大数据多视场光电传递函数计算方法完全满足现有星载相机的标定精度和像质要求。     

大比例尺航天测绘系统体制研究

航天测绘可通过多台线阵相机立体成像、单台线阵相机姿态机动成像、面阵相机立体成像等多种体制实现。文章针对大比例尺(1∶5000~1∶2000)航天测绘任务的实际应用需求,提出了降轨双线阵立体成像、双星编队立体成像等新型实现体制,从原理上分析了不同体制的技术特点,研究了不同体制对于系统设计、有效载荷、卫星平台、地面处理等环节的要求,从测绘效率、测绘精度、工程实现难度等方面对可行的体制进行了比较,可为我国大比例尺航天测绘系统建设提供参考。     

凝视视频卫星目标检测算法

为了实现对高分辨率光学遥感视频卫星成像视场范围内的飞机目标进行快速高效检测,提出一种遥感影像快速目标检测方案。文章借鉴深度卷积神经网络模型YOLO系列算法高速检测目标优点,引入端对端式全卷积神经网络构建检目标测算法,通过实验统计和探索光学卫星成像视场范围大小对目标检测准确率和检测速度的影响,结合目标尺度进行网络调优、改进检测模型,得到基于凝视成像视频卫星目标检测的高效算法。运用算法对来自"吉林一号"光学A星及视频3星的影像数据集进行目标检测实验统计,在413张800像素×800像素的静态遥感影像测试集中实现76.2%的平均检测准确率,在同等尺度的遥感视频序列中实现31帧/s的检测速度。该算法成功将深度卷积神经网络技术引入到凝视视频卫星遥感应用领域,有效证明了深度学习技术在遥感视频识别领域的可行性。     

晨昏轨道微光相机成像策略研究及仿真验证

为满足晨昏轨道微光相机大动态范围成像要求,针对EMCCD器件,提出一种微光相机成像策略。该策略通过对积分时间及电子倍增数的设计及选取,制定若干成像档位,相机成像过程中,利用文章中提出的图像灰度最大值法实时计算结果决定档位动作,实现微光相机成像参数实时调整。通过地面仿真及在轨验证,该策略能够保证微光相机在大动态范围内获取高信噪比、高品质图像,具有良好的实时性、鲁棒性和有效性。     

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。     

用于无运动部件变焦的球面变曲率镜设计及试验

将无运动部件变焦技术引入空间光学相机的设计中,能够在不干扰卫星平台工况的情况下使空间相机在通过目标区域上空时获取蕴含有目标不同层次信息的图像,从而为后续的识别、判读甚至超分辨率重建提供依据。无运动部件变焦的关键在于：基于光学杠杆效应的光学设计和可以产生较大尺度曲率变化的变曲率反射镜。目前已设计出一种无运动部件变焦原型光学系统,其中变曲率反射镜的有效口径不超过100mm,初始曲率半径为1740mm,且具备曲率增减双向变形能力。文章针对上述指标,设计了变曲率反射镜,并进行了有限元分析,利用具有高韧性、高抗拉断性以及高极限许用应力的碳纤维复合材料研制了反射镜,通过与13点高精度压电驱动器的集成,最终实现了变曲率镜的研制。试验结果表明,该球面变曲率镜可以实现1705~1760mm的曲率半径变化,对应的中心形变量接近23μm,优于国外同等规模器件所能达到的水平。     

高分辨率敏捷卫星颤振对成像的影响分析方法

高分辨率敏捷卫星在轨姿态机动成像过程中,姿态控制执行机构的控制力矩陀螺（Control Moment Gyro, CMG）在正常工作时会产生附加的扰动力和扰动力矩,经振动传递,造成相机内部敏感光学元件之间的相对运动,从而对图像品质造成影响。为了研究 CMG 颤振对高分辨率敏捷卫星成像的影响,文章采用集成建模分析方法,构建包括扰动、结构、控制、光学在内的颤振集成模型。以某型号空间相机为研究对象,对此相机的动力学特性和光学系统敏感度进行了分析,得到相机敏感光学元件的振动响应,以及颤振在相机焦面产生的像移,研究了CMG颤振对高分辨率敏捷卫星成像的影响分析方法,可为其他类型颤振的影响分析提供参考。     

Remote sensing and the first amendment

The images and information available from remote-sensing satellites are potentially valuable to a large market. The news media is part of this market, ready to make major use of new near real-time information offered by the latest technology, which can provide images with resolution of less than 10 metres. A media business consortium (‘Mediasat’) could be created. However, the US Land Remote Sensing Commercialization Act of 1984 places tough licensing restrictions on any US company wanting to put a camera into orbit. The author argues that these restrictions clash with the US Constitutional right of freedom of information, and the press's right to gather information.     

三线阵相机视轴夹角及线阵平行性装调测试

随着对实时立体测绘图像的需求,相机探测器由胶片向CCD发展。为了保证三线阵测绘相机的测绘精度,文章对三线阵测绘相机的视轴夹角及线阵平行性的装调检测进行了研究,针对测试指标提出了新的装调测试方案,并对方案中的关键技术进行了阐述。实际装调检测结果表明,该方案能够满足多相机间夹角测试精度优于5″,CCD线阵不平行度测试精度优于15″的要求。可以满足三线阵测绘相机空间位置的装调测试,具有实际应用价值。     

TDICCD成像的速度同步分析和实验

模拟星载遥感器的成像条件对靶标进行动态成像 ,分析TDICCD相机的实验室动态成像性能 ,并通过改变运动像的速度 ,研究TDICCD与运动像不同步对成像质量的影响 ,考察相机在推扫成像过程中 ,因推扫速度失配而产生的像移现象对相机成像质量的影响 ,验证相机像移影响计算公式的推导结果。     

相机摆放方式对推扫成像试验的影响分析

为了减小空间TDI CCD相机外场成像过程中相机摆放方式引入的误差,更准确地评价相机成像性能,提出了一种相机最佳水平摆放角、半径以及成像仰角的计算方法。建立了推扫成像的像移矢量数学模型,定义了像移矢量与水平摆放角、半径之间的函数关系,对工程近似进行了误差分析。建立了相机仰角与像移失配率之间的函数关系,提出了最佳仰角的计算方法。分析结果表明：在常规大气条件下,水平摆放角为0°,摆放半径为0, 仰角为7°时,相机摆放方式对成像影响最小,成像结果最能客观反映相机性能。     

采样式成像系统中混叠影响的初步研究

由于采样的固有局限性 ,绝大多数可见和红外的采样式成像系统都存在着不同程度的频率混叠 (或者虚假响应 )问题。伴随着对高分辨率遥感图像的追求 ,采样式成像系统中混叠对图像质量的影响程度一直是人们所关心的问题 ,并提出了不少混叠的量化及容忍程度的方法和标准。文章采用Shade提出的混叠标准 ,对当今的IKONOS、Quickbird、Pleiades等卫星上的高分辨率空间相机进行了仿真和计算 ,分析了这些采样式成像系统中频率混叠的程度 ,并就得到的理论结果提出了建议和看法     

基于调频连续波的太赫兹频段转台成像方法研究

高分辨成像雷达是太赫兹技术的重要应用之一,目前太赫兹雷达源的功率水平和太赫兹雷达的应用环境决定了要优先考虑采用调频连续波体制。因此文章在转台成像方式下分析了调频连续波太赫兹雷达信号模型和处理方法,实现了高分辨成像,并与X频段的成像结果进行了对比分析,验证了太赫兹调频连续波ISAR成像的优势。     

基于星载毫米波顺轨-交轨InISAR的空间运动目标三维成像技术研究

研究了低信噪比情况下的星载毫米波顺轨/交轨In\|ISAR空间目标三维成像问题。由于传统的RD成像算法在目标尺寸较大和分辨率要求较高时不能取得较好的成像效果,故将波数域成像算法引入运动目标成像处理以获得高分辨率的二维图像,继而将顺轨/交轨三天线ISAR图像分别进行干涉处理,获得了目标上各散射点的三维位置。作为二维成像、图像配准等重要环节的基础参数,对低信噪比下的目标检测和三维运动参数估计进行了研究,分析了速度估计精度要求。最后,仿真结果表明了顺轨/交轨In-ISAR系统的有效性。     

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...