“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。     

星载综合孔径微波辐射计冗余空间定标方法研究

星载综合孔径微波辐射计系统为了实现更好的辐射测量性能,在地面对通道间剩余相位通过相位定标实验进行测量,其结果用于亮温重构时对通道间剩余相位进行补偿。冗余空间定标方法基于自身阵列冗余基线信息,该方法无需额外资源支持即可对星载综合孔径微波辐射计系统定标,可作为一种在轨的验证方案对系统综合孔径微波辐射计系统通道间剩余相位进行评估。系统性的介绍了基于星载综合孔径微波辐射计系统观测到的场景,冗余空间定标方法以及对平坦场景提出利用模拟的平坦目标响应相位修正的方法,可在点源场景、平坦场景下利用冗余空间定标方法求解通道间剩余相位,并结合仿真验证该方法的可行性。     

三线阵相机体系定向模型研究

针对星载三线阵相机结构特点,提出一种新的三线阵相机体系空间方位表达形式,其中采用正视相机的外方位元素以及前、后视相机相对于正视相机的投影中心空间偏移量和相对旋转角共18个定向参数,以体现三线阵相机体系在动态成像过程中的内部几何关联。将该形式引入摄影测量光束法平差模型,有利于减少三线阵相机在多基线观测情况下的定向参数,提高定向解算的稳定性。仿真数据试验结果表明,文中提出的定向模型在同等的地面控制条件下能有效提高三线阵相机的摄影测量精度,为三线阵影像的几何处理提供新的技术途径,可望在三线阵影像空间信息提取中得到应用。     

“高分四号”卫星凝视相机视频电路设计与实现

"高分四号"卫星是中国首颗地球静止轨道遥感卫星,其携带的凝视相机系统能够实现在36 000km的地球静止轨道拍摄到50m分辨率的图像信息。高轨道、高分辨率光学拍摄任务所带来的问题是,面阵CMOS图像传感器模块将以极快的速度产生大量的并行图像数据。这对以CMOS图像传感器模块为核心的视频电路提出了更高的要求。而传统的视频电路设计方法不仅会产生一些信号完整性问题,且并不能完全适用于基于这种大数据量的面阵CMOS图像传感器模块的视频电路设计。文章通过仿真分析和实验验证,对比常规的设计方法,结合CMOS图像传感器模块的特点和输入输出特点,对基于这种面阵CMOS图像传感器模块的相机视频电路提出了新的设计方案,并证明了文章所提出的设计方案正确可行,且效果优于常规的设计方案。文章提出的设计方案已成功应用在"高分四号"卫星,在要求日趋复杂的遥感领域亦有广阔的应用前景。     

基于预估点扩展函数的光学遥感图像去模糊研究

为使航天相机获得的遥感图像的视觉质量更佳,提出了一种有效而稳定的基于估算点扩展函数(PSF)的遥感图像快速复原方法。先用改进的刃边法快速估算PSF尺寸和形状,用直接边缘检测法处理,由自适应阈值算法抑制噪声产生的波动,有效减小了PSF估算的存储与时间开销。再基于预估的PSF,用非盲反卷积复原算法复原图像,通过带权补偿去模糊算法由正则化反卷积和高频补偿,有效抑制源于PSF估算误差的振铃现象。根据视觉效果和客观评价指标对该复原方法与经典算法的效果进行了比较,结果表明:该法在存在噪声和点扩展函数估计误差的影响时仍有良好的鲁棒性,图像质量提高幅度大,速度快,可行性高,已成功用于浦江一号(PJ-1)卫星的遥感图像处理。     

星载红外点目标探测系统瞬时视场优化模型

瞬时视场是影响星载红外点目标探测系统性能的重要指标,为了实现高信噪比探测,有限口径的空间相机设计需要选择合适的瞬时视场。文章讨论了衍射受限条件下,瞬时视场对能量集中度、采样相位因子、背景杂波和信噪比的影响,建立了以信噪比最大化为目标函数的瞬时视场优化模型。基于在轨遥感图像统计背景杂波,确定了杂波系数范围和不同杂波程度的背景分布。结合实例仿真,计算了不同瞬时视场下的信号响应和信噪比变化,通过分析得出结论:随着瞬时视场减小,点目标能量集中度降低,采样相位影响减小,探测稳定性提高,杂波减小,信噪比先增大后减小,利用优化模型能得到最优瞬时视场。文章提出的模型可用于空间相机的指标设计和优化。     

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。     

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。     

我国无地面控制点摄影测量卫星相机

文章简要介绍了中国以无地面控制点为条件的卫星摄影测量相机系统的研制历程,包括第一代、第二代返回式摄影测量相机和新一代传输型摄影测量相机,并简要分析了在无地面控制点条件下所能达到的制图精度.返回式摄影测量属静态摄影,图像几何精度高,可以建立无扭曲的立体模型,但易受到云的影响且时效性差.传输型摄影测量属动态摄影,常采用两线阵或三线阵CCD相机,基高比容易达到1,但需解决如何建立无扭曲的立体模型,目前提出线阵一面阵混合配制方案,即Line-MatrixCCD相机形式(LMC-CD),可以较好解决这一问题.     

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。     

“高分四号”卫星凝视相机的技术特点

"高分四号"卫星凝视相机具有高时间分辨率、较高空间分辨率和较大成像幅宽的特点。它包含可见光近红外(VNIR)通道和中波红外(MWIR)通道,VNIR通道有5个谱段,MWIR通道有1个谱段,具备昼夜成像能力。相机光学系统为折反射系统,采用分色片实现VNIR与MWIR谱段分离,利用旋转滤光轮将入射VNIR辐射分成5个谱段。VNIR焦面组件采用全局电子快门CMOS面阵探测器;MWIR焦面采用HgCdTe面阵探测器,由脉冲管制冷机制冷到80K。MWIR谱段采用两个黑体进行星上定标。基于用户需求和地球静止轨道环境开展了相机与卫星平台一体化设计、光学系统力学和热学稳定性设计、微振动抑制设计、活动机构长寿命高可靠性设计。     

空间面阵CCD相机时序电路设计

文章介绍了空间面阵CCD相机工作模式和特点,以AT71201M面阵CCD器件为例,探讨了面阵CCD相机时序电路的设计要求和实现方法,对时序发生电路的功能进行了仿真分析.     

线阵CCD相机试验室像质测试的配准方法研究

文章讨论了在线阵CCD相机整机静态和动态像质测试中,由靶标像和CCD像元间配准的不确定性所引起的测量结果的不确定性,推导了在奈奎斯特频率下测量其静态和动态像调制传函时,矩形线条状靶标像和CCD像元间的对准位错量所引起的位错MTF计算公式,并按此公式提出了一类位错靶标的设计方法和使用方法,该位错靶标可使配准简化,提高测量结果的确定性。     

"嫦娥二号"卫星CMOS相机技术及应用

"嫦娥二号"卫星上装载了1台降落相机和3台监视相机,相机采用CMOS成像技术,突破了轻小型低功耗高度集成化相机设计技术、自动曝光技术、高速彩色图像静态压缩技术以及开窗和亚采样技术,对月面、卫星太阳翼展开、490N发动机工作以及定向天线展开等卫星关键动作进行了成功拍摄,是中国CMOS成像技术在深空探测领域的首次成功应用,...     

CCD太阳敏感器误差分析与补偿

介绍了星载CCD太阳敏感器的工作原理,用空间几何模型阐述了线阵CCD太阳敏感器测量两轴姿态信息的方法,进行了误差分析,建立了系统的误差补偿模型。通过标定试验,确定了模型参数,进行了物理补偿,同时针对系统的残差,提出了数学补偿的方法。测试结果表明敏感器实现了较高的测量精度,验证了误差补偿方法的有效性。     

北京三号B卫星相机像质评价方法

光学遥感相机的静态传递函数测试需要配套适当口径的平行光管,制造难度大、成本高,无法满足高性能、低成本的商业遥感载荷研制需求。文章提出一种基于异视场准直光路的像质评价方法,使用相机光学系统自身光路作为测试系统,通过异视场光路的准直,测得相机异视场叠加像质,对测试结果进行数据解算,最终得出相机各视场的真实波前信息。以北京三号B卫星相机研制过程为例,利用相机光学系统与自准直反射镜系统配合,采用上述异视场共光路测试方法,测量结果与传统方法测试结果进行对照,结果表明该方法测试结果准确、切实可行。     

线阵CCD相机试验室像质测试的配准方法研究

文章讨论了在线阵ＣＣＤ相机整机静态和动态像质测试中，由靶标像和ＣＣＤ像元间配准的不确定性所引起的测量结果的不确定性，推导了在奈奎斯特频率下测量散静态和动态像调制传函时，矩形线条状靶标像和ＣＣＤ像元间的对准位错量所引起的位错ＭＴＦ计算公式，并按此公式提出一类位错靶标的设计方法和使用方法，该位错靶标可使配准简化，提高测量结果的确定性。     

“高分四号”卫星影像辐射与几何精度评价

"高分四号"(GF-4)卫星是中国首颗高分辨率静止轨道面阵凝视光学遥感卫星,载荷首次采用面阵CMOS探测器在36 000km高轨成像、基于面阵成像构建在轨相对辐射校正模型、面阵相机光学畸变在轨检校。文章首先分析了影响GF-4卫星影像辐射质量(quality,以下同)与几何精度的关键因素,然后介绍了高轨面阵成像处理模型的构建技术,最后分析评价了GF-4卫星影像的辐射质量、几何质量和处理精度。结果表明:GF-4号卫星全色多光谱影像的平均行标准差、平均标准差和广义噪声等相对辐射精度指标均优于3%,典型地物信噪比平均优于40d B。影像内部畸变在垂轨和沿轨方向均优于0.8个像素。     

星载GPS天线相位中心偏差对定位精度影响的试验方法研究

介绍星载GPS天线相位中心偏差的概念,简要分析GPS天线相位中心变化对GPS定位精度的影响,并建立相应的数学模型。利用已有的多台星载GPS天线、载波相位测量方式的星载GPS接收机,进行GPS天线相位中心偏差测试以及接收机绝对定位精度、相对定位精度测试,测量、统计天线相位中心偏差与GPS接收机绝对定位精度和相对定位精度的对应数据,对误差模型进行验证。     

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。