基于星載TDI CCD相機(jī)動(dòng)態(tài)成像質(zhì)量的分析與仿真.pdf

1、隨著對(duì)地空間光學(xué)技術(shù)的日益提高,衛(wèi)星平臺(tái)引起的視軸抖動(dòng)和大氣擾動(dòng)成為影響動(dòng)態(tài)高分辨相機(jī)成像質(zhì)量的主要因素。當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)位于航天器,飛船,或衛(wèi)星平臺(tái)上時(shí),由于渦輪或發(fā)動(dòng)機(jī)的諧振和非簡(jiǎn)諧振動(dòng)引起非正常像移,會(huì)導(dǎo)致圖像模糊。通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì),可以使振動(dòng)最小化。且目前不論通過(guò)任何技術(shù)都只能使機(jī)械盡量穩(wěn)定,總存在微小振動(dòng)使傳遞函數(shù)下降而導(dǎo)致圖像失真;光學(xué)遙感成像系統(tǒng)對(duì)地成像時(shí),不可避免的要透過(guò)大氣,一方面由于大氣中粒子對(duì)光能的吸收、散射作用,使大氣傳

2、遞函數(shù)下降,導(dǎo)致光能衰減,目標(biāo)對(duì)比度的下降,圖像模糊。另一方面由于大氣湍流的作用會(huì)導(dǎo)致光波強(qiáng)度和相位的不斷變化以及光束的偏折,導(dǎo)致成像的變形。
　　分析星載TDI CCD相機(jī)動(dòng)態(tài)成像并進(jìn)行動(dòng)態(tài)成像仿真對(duì)改善空間遙感相機(jī)成像質(zhì)量有著重要的意義。它不僅可以在相機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)提供參考依據(jù),還可以對(duì)TDI CCD相機(jī)不規(guī)則采樣造成圖像變形復(fù)原提供算法的理論支持,并且可以完善空間光學(xué)遙感成像的全鏈路仿真。
　　本文首先,對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)

3、進(jìn)行分析,通過(guò)振動(dòng)功率譜密度函數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)傳遞函數(shù)的計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo),并且依據(jù)TDICCD成像的基本原理建立了視軸抖動(dòng)影響下TDICCD相機(jī)系統(tǒng)像質(zhì)退化的數(shù)學(xué)模型,研究結(jié)果表明衛(wèi)星平臺(tái)視軸抖動(dòng)對(duì)成像質(zhì)量的影響是空間變化的,不僅存在圖像模糊還存在幾何變形,而且不同方向上的變形和模糊是不同的。
　　其次,通過(guò)分析大氣散射和吸收以及大氣湍流對(duì)成像質(zhì)量的影響,計(jì)算并分析鄉(xiāng)村和城市不同可見度對(duì)大氣透過(guò)率的影響以及不同太陽(yáng)高度角對(duì)大氣程輻射的影響

4、,大氣湍流傳遞函數(shù)主要與折射率常數(shù)有關(guān),因而分別對(duì)不同高度、同一地點(diǎn)不同時(shí)間的折射率常數(shù)進(jìn)行分析,得出這些因素對(duì)大氣傳遞函數(shù)的影響。
　　最后,通過(guò)數(shù)學(xué)模型并依據(jù)采樣成像系統(tǒng)的成像原理對(duì)TDICCD動(dòng)態(tài)成像進(jìn)行仿真。結(jié)果表明TDI級(jí)數(shù)越高,對(duì)成像質(zhì)量的影響月嚴(yán)重;不同方向振動(dòng)對(duì)成像影響是不一樣的,垂直掃描方向的振動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在圖像的扭曲,垂直掃描方向的振動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在圖像局部的收縮和拉伸;低頻振動(dòng)對(duì)成像