光學(xué)遙感運(yùn)動(dòng)退化成像仿真與圖像復(fù)原技術(shù).pdf

1、光學(xué)遙感依靠接收目標(biāo)以及環(huán)境光等的輻射信息進(jìn)行信息獲取，它的覆蓋范圍廣、拍攝圖像便于直接理解并且可利用譜段豐富，在軍事、民用和商用領(lǐng)域都發(fā)揮著巨大的作用。隨著航天器軌道高度的降低，航天相機(jī)焦距增大，地面分辨率的提高，CCD像元隨生產(chǎn)工藝尺寸越來越小，衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)已經(jīng)成為影響衛(wèi)星成像質(zhì)量非常重要的因素。衛(wèi)星的微振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致空間遙感相機(jī)在成像過程中，光學(xué)系統(tǒng)的視軸指向發(fā)生抖動(dòng)，從而造成成像質(zhì)量下降，出現(xiàn)圖像模糊與幾何失真。研究遙感平臺(tái)振動(dòng)對(duì)于

2、圖像質(zhì)量的影響，并通過圖像復(fù)原等后處理技術(shù)提高遙感圖像的成像質(zhì)量具有重要的研究價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。本文以建立光學(xué)遙感運(yùn)動(dòng)退化成像仿真模型為基礎(chǔ)，并研究通過圖像復(fù)原的方法提高模糊遙感圖像質(zhì)量的若干關(guān)鍵問題，具體如下。
　　本文通過對(duì)不同類型遙感相機(jī)的成像機(jī)制的分析，開展了光學(xué)遙感衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)成像仿真的研究。通過建立完善的相機(jī)與攝影條件模型以及振動(dòng)在像面上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成了衛(wèi)星微振動(dòng)光學(xué)成像仿真軟件的編寫，該軟件可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星微振動(dòng)情況下的遙感

3、退化圖像仿真與定量評(píng)價(jià)，對(duì)于實(shí)際衛(wèi)星的離線設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)意義。建立了隨機(jī)振動(dòng)條件下的退化仿真模型。從功率譜估計(jì)的角度，推導(dǎo)出了從功率譜密度曲線反推實(shí)際隨機(jī)振動(dòng)曲線的理論表達(dá)公式，仿真分析抑制部分振動(dòng)頻段后得到圖像質(zhì)量的提升程度。
　　開展了遙感圖像復(fù)原相關(guān)技術(shù)的研究。對(duì)于在遙感圖像復(fù)原中振動(dòng)軌跡的測量精度以及采樣率的要求進(jìn)行了研究，給出了允許的測量誤差和應(yīng)該達(dá)到的采樣率值。針對(duì)許多遙感圖像難以通過測量獲得模糊核，提出了一種改進(jìn)L

4、0范數(shù)的盲復(fù)原方法。在模糊核估計(jì)中對(duì)圖像復(fù)原約束項(xiàng)采用近似L0范數(shù)，達(dá)到保留顯著邊緣過濾微小細(xì)節(jié)的目的。通過推導(dǎo)將L0范數(shù)轉(zhuǎn)化為可直接求解的分段函數(shù)與L1梯度范數(shù)之和，并采用Split-Bregman方法進(jìn)行求解，提出的方法能夠估計(jì)出較為復(fù)雜的模糊形式并取得較好的復(fù)原效果。提出了一種TDI推掃圖像快速復(fù)原方法。算法利用探測軌跡對(duì)應(yīng)圖像相鄰行的軌跡高度重合性，能夠快速估計(jì)每行的PSF并利用模糊圖像相鄰行對(duì)應(yīng)模糊核變化緩慢的特性，將模糊圖像

5、逐行復(fù)原轉(zhuǎn)換為逐行圖像塊復(fù)原，可以顯著減少TDI模糊圖像的復(fù)原時(shí)間。
　　本文針對(duì)在圖像復(fù)原過程中不符合卷積模型規(guī)律的部分特殊情況進(jìn)行了深入研究。研究了模糊圖像中含有飽和像素的圖像復(fù)原問題，提出在多幀圖像復(fù)原框架下結(jié)合對(duì)飽和像素的處理解決飽和像素復(fù)原后的負(fù)面效應(yīng)，并借助光線條檢測輔助估計(jì)模糊核，使得復(fù)原圖像飽和區(qū)域的振鈴得到了有效抑制。研究了被壓縮存儲(chǔ)的模糊圖像復(fù)原后會(huì)放大塊效應(yīng)的問題，提出了一種基于塊效應(yīng)抑制的模糊圖像盲復(fù)原算法

6、，算法針對(duì)塊效應(yīng)在模糊核估計(jì)上進(jìn)行了改進(jìn)，并在最終圖像復(fù)原迭代階段為了抑制塊效應(yīng)，在TV正則化的基礎(chǔ)上新增一項(xiàng)L2范數(shù)約束，逐步抑制塊效應(yīng)對(duì)復(fù)原帶來的負(fù)面影響。
　　最后，本文開展了大像移量模糊的圖像復(fù)原技術(shù)方面的研究。重點(diǎn)解決航天器在以較低軌道拍攝月面時(shí)，由于曝光時(shí)間內(nèi)較高的運(yùn)動(dòng)速度而產(chǎn)生的大像移量模糊。針對(duì)月面圖像的特點(diǎn)提出了一種基于形態(tài)學(xué)的模糊核估計(jì)方法。并提出在泊松噪聲模型下采用馬爾可夫場訓(xùn)練得到的濾波器進(jìn)行月面圖像復(fù)原。