機(jī)載多光譜相機(jī)數(shù)據(jù)的高質(zhì)量獲取與處理技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著光譜技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，光譜儀在光譜分辨率，空間分辨率等方面都有了很大的提升。尤其是遙感觀測領(lǐng)域，對光譜數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求越來越高，并且獲取的光譜信息量急劇上升，要滿足某些應(yīng)用需求就必須實(shí)現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的高速獲取并且不能損失數(shù)據(jù)質(zhì)量；與此同時，對光譜數(shù)據(jù)的處理也會造成很大的壓力，尤其是在光譜數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測領(lǐng)域更需要快速脫機(jī)化的硬件處理平臺。本文針對無人機(jī)載大面陣濾光片陣列型多光譜相機(jī)成像數(shù)據(jù)鏈的各重要環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入的研究，為

2、多光譜相機(jī)的小型化、低功耗化、高性能化、數(shù)據(jù)實(shí)時處理應(yīng)用做出了重要貢獻(xiàn)，使其順利完成飛行試驗(yàn)，獲得了高質(zhì)量的多光譜數(shù)據(jù)，從而進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。所取得的主要研究成果為：
　　1.建立了濾光片陣列型多光譜相機(jī)成像模型，構(gòu)建出了該相機(jī)成像鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)；對成像鏈核心——多光譜相機(jī)主體完成工程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，突出其小型化優(yōu)勢。
　　2.首次將低功耗雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械電子快門作為鏡間快門應(yīng)用于航空大面陣多光譜相機(jī)中，結(jié)合對快門各參數(shù)的介紹，分析了該類快

3、門對多光譜數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，進(jìn)而從機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子學(xué)驅(qū)動器等方面提出了改進(jìn)方案，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和室外推掃試驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)的有效性，原始影像的最大灰度突變由15.05％降低為0.54%，推掃試驗(yàn)合成偽彩色影像的色差標(biāo)準(zhǔn)差從2.0455降為0.3738，從而增強(qiáng)了目標(biāo)光譜的真實(shí)性和一致性，也為后續(xù)多光譜數(shù)據(jù)的處理提供了優(yōu)質(zhì)影像數(shù)據(jù)。
　　3.為消除光學(xué)系統(tǒng)及 CCD探測器造成的成像不均勻，提高多光譜影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)光譜定量化探測，本文對濾光

4、片陣列型多光譜相機(jī)分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)、相對輻射定標(biāo)和絕對輻射定標(biāo)，并分析了各標(biāo)定的不確定度；實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)機(jī)械快門的不穩(wěn)定性無法消除并對定標(biāo)結(jié)果有較大的影響，因此本文針對該光譜相機(jī)的成像特點(diǎn)，提出一種不使用機(jī)械快門的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)方法，大大提高了定標(biāo)系數(shù)的精度和穩(wěn)定性。
　　4.搭建機(jī)載兩軸穩(wěn)定平臺，并采用改進(jìn)的 PID和超前-滯后補(bǔ)償控制方法實(shí)現(xiàn)了濾光片陣列型多光譜相機(jī)的像移補(bǔ)償，通過推掃試驗(yàn)驗(yàn)證了平臺和方法可以有效提升多光譜

5、相機(jī)的成像質(zhì)量。
　　5.結(jié)合濾光片陣列型多光譜相機(jī)原理及數(shù)據(jù)處理特點(diǎn)，使用先配準(zhǔn)后拼接的策略，提高了結(jié)果影像的配準(zhǔn)精度；提出了一種借助自動提取同名點(diǎn)對、同名直線對的多光譜相機(jī)數(shù)據(jù)的生成方法，過程主要包括：自動同名特征提取、平差計(jì)算幾何變換參數(shù)、多光譜影像配準(zhǔn)與拼接；提出了“視差約束的改進(jìn) Hough變換影像匹配方法”，該方法使用金字塔影像匹配策略，頂層金字塔影像通過 SIFT算子進(jìn)行匹配來提供初始的視差約束條件，其他各層金字塔左

6、右影像利用改進(jìn)Hough變換影像方法進(jìn)行匹配，匹配過程中利用上層匹配結(jié)果為當(dāng)前層影像匹配提供視差約束條件，提高了匹配速度及精度。
　　6.對光譜影像目標(biāo)檢測及在線快速并行處理技術(shù)進(jìn)行了研究。通過對光譜解混匹配方法和異常目標(biāo)檢測方法的對比，驗(yàn)證了異常目標(biāo)檢測方法更適合在線處理及算法移植；重點(diǎn)研究了 RX檢測算法，并提出一種適合實(shí)際工程應(yīng)用的核RX改進(jìn)算法；通過對RX算法并行特點(diǎn)的研究，搭建了靈活的FPGA+多DSP并行硬件處理架構(gòu)及