雷达卫星遥感的发展及应用现状

随着信息技术和传感器技术的飞速发展,遥感数据的获取方式逐渐多元化。目前,光学影像已经被大众广泛认知,其应用较为成熟,而雷达图像因其特殊的成像方式和图像特征,应用程度较低。TerraSAR、CosmoSky-Med、RADARSAT-2三颗高分辨率雷达卫星的成功发射,星载高分辨率雷达的应用优势越来越凸显。随着各行业对雷达遥感成像优势及其技术可行性的不断了解,雷达遥感技术已经在某些业务领域发展成为常规、必不可少的监测手段。     

遥感卫星CCD相机量化位数的选择

遥感卫星CCD相机量化位数与信噪比等图像质量（Quality）参数有重要关系,CCD相机量化位数的选择能够影响其图像质量。文章简要介绍了国际遥感卫星量化位数的选择,从图像信噪比、图像熵这两方面分析了量化位数与图像质量的关系,详细地对量化位数与CCD相机模数转换器件信噪比以及系统信噪比的关系进行了研究,并仿真得到不同量化位数的图像。对仿真图像的主观判断以及客观参数的计算结果表明,图像质量随着量化位数增加而提高。     

高精度微弱磁场信号采集系统的设计与实现

微弱磁场测量是研究物质特性和探索未知世界的重要手段之一。实现高精度的微弱磁场信号测量需要设计高精度的信号采集系统,而以模拟量输出的磁强计通常需要数字采集系统进行模/数转换。为此,文章设计开发基于Σ-Δ型模/数转换器(ADC)的高精度微弱磁场信号采集系统,包括系统硬件电路设计和系统核心控制器FPGA的功能设计,实现了FPGA对ADC的读写控制,以及ADC输出数据的接收和发送等。性能测试结果表明,该系统的有效采样位数可接近理论值(21位),输出噪声RMS值为1.9μV,磁场测量精度满足0.1 nT要求。     

SAR图像伪加性相干斑噪声统计特性

研究了SAR图像加性模型中伪加性相干斑噪声分量的统计特性。分析了SAR图像中真实信号分量和乘性相干斑噪声分量的统计特性;在此基础上结合Edgeworth展开式和以Mellin变换为基础的第二类型特征函数及其对数累积量详细推导了伪加性相干斑噪声概率密度函数的近似表达式;各信号分量的概率密度函数中的参数采用对数累积量方法进行估计。最后利用SAR实测数据仿真分析了伪加性相干斑噪声的统计特性。实验结果表明,乘性的相干斑噪声转换为加性噪声后,其统计特性非常接近于高斯分布。     

控制点/控制点对最优能量解析的图像配准

 针对遥感图像配准中匹配同名点少、配准精度低等问题,提出了一种基于控制点/控制点对最优能量解析的图像配准方法。在控制点提取中,通过多尺度曲波变换,实现不同尺度下图像质量的灰关联分析和噪声抑制,并根据灰关联能量值,自动调整尺度不变特征变换配准参数,提高匹配同名点数量;为保证控制点选择的均匀性和准确性,创建了控制点对能量模型,采用马尔科夫蒙特卡洛优化算法实现分布、匹配能量最优的控制点筛选,提高了图像配准精度。实验结果表明,本方法对遥感图像匹配同名点少、控制点分布不均匀、图像配准精度低等问题有很大改善,具有较高的应用价值。     

一种基于散斑图像的嵌入式微位移测量系统的研制

为了满足微位移量的实时、非接触测量的需要,研制了一种基于散斑图像的嵌入式微位移测量系统。从计算精度、存储资源和计算效率等角度,综合分析比较了Dirac法、IDFT法、MMSEI法和MMSEII法的测量性能,并基于MMSEI法和DSP处理器(TMS320DM642)设计实现该测量系统。重点论述了系统软件和实验系统的设计与实现方法,并分别在不同运动速度、表面粗糙度和表面材料的条件下,对测量系统进行实验和数据分析。实验结果表明,该测量系统是可行有效的,但系统的稳定性需要进一步改进和提高。     

复杂背景中红外多光谱目标检测算法研究

针对多光谱红外探测器,对复杂背景条件下红外弱小目标检测算法进行了研究。根据弱小目标缺乏纹理等相关信息的特点,给出了一种用于多光谱图像的弱小目标检测算法。对多光谱图像,构建数据立方体,对多光谱信息建立稳定的目标特征向量,用多光谱背景抑制滤波器以提升图像信噪比,将一种基于统计判别的低信噪比条件下红外序列图像弱小目标检测算法与传统多级假设检验跟踪(MHT)算法综合,形成了改进的连续帧目标检测跟踪算法,对波门内疑似目标点用引入多光谱信息建立的特征向量进行目标的非监督检测判决。实验结果证明:在低信噪比下该算法能有效检测跟踪弱小目标,在保证检测概率前提下可有效抑制虚警,极大地降低了后续跟踪算法的计算爆炸风险。     

信号采集卫星系统星地资源快速调度优化方法

针对信号采集卫星系统中,采集目标的优先级和携带的信息量在星地资源调度过程中不断随时间变化的特点,提出了一种基于二次映射编码的动态调度差分演化算法（QMDSDE）。算法将采集目标的优先级和携带的信息量进行加权,作为采集的收益。在迭代求解时,根据卫星可见时间窗口的周期性特点设置固定的检测频率,以当前时刻所有目标收益的平均值和敏感系数的乘积作为检测环境变化的阈值。当检测算子的值大于阈值时,算法通过前向预测模型动态调整搜索方向,寻找问题的实时Pareto最优解。算法采用二次映射编码消除星地资源组合中的无效解,降低了算法的搜索空间,提高了算法的求解速度。经仿真校验,该方法在信号采集过程中,可以得到收益较好的星地资源调度方案,且具备较快的收敛速度。     

高速摄像技术在火箭橇头罩分离试验中的应用

火箭橇头罩分离试验中,需要采集头罩分离前后的高速图像。由于火工品爆炸时间短,振动与冲击环境恶劣,普通摄像设备难以满足要求。文章介绍了一种小型化、低功耗、能够适应强振动与冲击环境的高速摄像系统,该系统由具有Camera Link接口的工业相机、图像采编单元和数据存储单元组成,图像采编单元对工业相机图像数据进行编码,并通过LVDS接口传输至数据存储单元;数据存储单元使用FPGA控制SATA接口固态硬盘实现无损图像数据的实时存储。通过减振和自动调光设计,此系统能够适应强振动与冲击环境,并能自动快速适应各种光照环境,已成功应用在某火箭橇头罩分离试验中,实现了分辨率为800×600、帧率为120帧/s的连续图像存储,存储时间不低于30 min,存储的图像数据完整可靠。     

用于荧光细胞观察的制冷CCD成像系统

细胞成像技术是研究细胞运动、分裂和凋亡的必要手段,所以荧光条件下的细胞成像技术显得尤为重要。为满足荧光细胞观察对微弱光信号的检测和成像的要求,文章通过结构和电路设计,研制了一种用于荧光细胞观察的制冷CCD成像系统。通过分析各组件的技术特点,设计了高效制冷结构,提高了细胞荧光观察输出图像质量。