基于金字塔反射鏡的視場無縫拼接技術研究.pdf

1、在遙感成像系統(tǒng)，如衛(wèi)星相機和航拍相機中，往往要求系統(tǒng)具有高的地面分辨率以及大的地面覆蓋，這就要求成像系統(tǒng)中圖像傳感器的尺寸大或者說像元個數多。從現有的技術來看，目前的單塊圖像傳感器還不能滿足遙感成像系統(tǒng)的這種大尺寸的要求，因此，圖像傳感器的尺寸已經成為限制大視場或高分辨率的遙感成像系統(tǒng)發(fā)展的一個瓶頸。如何繞過這個技術瓶頸來實現大視場的成像系統(tǒng)已經成為光學遙感中的一個熱點問題。
　　 本文研究的問題就是如何通過光學的方法利用現有的

2、常規(guī)圖像傳感器實現大視場或高分辨率成像系統(tǒng)的目的。為此，本文分析了幾種常見的實現大視場或高分辨率成像系統(tǒng)的光學拼接方法，比較了他們之間的優(yōu)缺點，并提出了一種新的光學拼接方法——基于金字塔反射鏡的無縫漸暈補償視場拼接。在該方法中，采用具有四個反射面的金字塔反射鏡將光學系統(tǒng)的視場分割成四個子視場，每個子視場中的圖像都由一塊常規(guī)的圖像傳感器接收，將這四個子圖像通過軟件拼接的方式組合在一起就可以實現大視場的光學系統(tǒng)。為解決棱鏡分光引入的漸暈失真

3、現象，本文提出采用子圖像間重疊像素漸暈補償的方法，使系統(tǒng)即能快速成像又能保證輸出圖像具有高信噪比。
　　 本文對該光學拼接系統(tǒng)進行了系統(tǒng)建模，并以此作為基礎詳細闡述了光學拼接系統(tǒng)的實現原理、基本特性、漸暈失真現象產生的原因以及利用子圖像間的重疊像素實現漸暈補償。從信號處理的角度，分析了漸暈補償法的信噪比，證明漸暈補償法與常規(guī)的漸暈校正法相比具有更高的信噪比。以物理光學和傅立葉光學為理論基礎，將光學系統(tǒng)成像與后續(xù)的圖像處理作為一個

4、整體的成像過程，建立了系統(tǒng)成像的理論模型，并分析了棱鏡分光以及漸暈補償法對系統(tǒng)成像特性的影響。
　　 為了對本文所提出的光學拼接方案的進行原理驗證以及更好的理解其中所涉及到的技術難點，作者研制了原理樣機。本文對該原理樣機的結構框架以及基于USB控制器和FPGA的圖像獲取解決方案做了詳盡的闡述。
　　 為實現子圖像的拼合，基于本文提出的基于金字塔反射鏡光學拼接方案的基本原理，提出了將漸暈補償法、常規(guī)漸暈校正法和基于梯度的拼