基于成像系統(tǒng)建模提高遙感圖像分辨率方法研究.pdf

1、隨著全球信息化進(jìn)程的飛速發(fā)展，軍事和商業(yè)應(yīng)用對(duì)高分辨率、高質(zhì)量遙感圖像的需求越來越迫切。但是由于探測(cè)器固有物理特性的限制，利用減小探測(cè)器像元尺寸、增加相機(jī)焦距等傳統(tǒng)手段在提高空間分辨率方面取得新的突破越來越困難，成本越來越高。研究基于圖像處理的方法以提高遙感圖像的分辨率就成為一種有效可行的思路，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文以基于成像建模理論的遙感圖像分辨率提高方法為主線，針對(duì)遙感圖像尤其是斜采樣模式等亞像元技術(shù)中的分辨率分析、圖像

2、復(fù)原、超分辨率重建等方法進(jìn)行研究，主要工作和研究成果如下:
　　 (1)研究了光學(xué)遙感器的成像系統(tǒng)模型，建立了包括大氣、衛(wèi)星平臺(tái)、光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、傳感電路的成像模型，對(duì)造成遙感圖像分辨率降低的因素進(jìn)行了分析和討論;從采樣定理的角度分析了亞像元技術(shù)超分辨率重建的適用條件及能夠提高分辨率的上限;指出利用亞像元采樣技術(shù)提高遙感器的分辨率，可以充分利用光學(xué)系統(tǒng)的成像潛能，但是在不改變探測(cè)器像元尺寸和光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)孔徑的情況下，亞像元技術(shù)

3、只能突破采樣分辨率的極限，無限逼近系統(tǒng)光學(xué)衍射分辨率而不能超越這個(gè)極限。
　　 (2)針對(duì)調(diào)制傳遞函數(shù)過零點(diǎn)問題，提出了一種單幅遙感圖像頻域校正超分辨率重建方法。由于衛(wèi)星平臺(tái)運(yùn)動(dòng)等因素的影響，調(diào)制傳遞函數(shù)在截止頻率內(nèi)存在大量過零點(diǎn)，這些過零點(diǎn)附近的噪聲在圖像復(fù)原過程中會(huì)被進(jìn)一步放大甚至造成虛假的邊緣和紋理。為了降低過零點(diǎn)對(duì)圖像復(fù)原的不良影響，提出了一種頻域校正方法，引入了遙感器有效載荷成像參數(shù)作為先驗(yàn)知識(shí)，將維納濾波的結(jié)果作為全

4、變分復(fù)原的初始值，通過對(duì)頻域信息的校正，獲得了更好的遙感圖像超分辨率重建效果。
　　 (3)混疊是影響采樣式光學(xué)遙感器圖像質(zhì)量的重要因素之一。在分析了推掃式采樣成像系統(tǒng)中的混疊形成原因的基礎(chǔ)上，研究了基于模糊、混疊、噪聲三元組的有效分辨率模型，通過對(duì)亞像元采樣系統(tǒng)的有效分辨率進(jìn)行定量計(jì)算和分析，指出了較為有效的采樣;研究了單線陣斜采樣模式和超模式斜采樣模式中線陣傾斜角度及飛行方向采樣間距對(duì)有效分辨率和成像質(zhì)量的影響，得出了有效分

5、辨率意義上的最佳成像參數(shù)。
　　 (4)針對(duì)遙感圖像中的混疊問題，提出了一種基于MAP-MRF的最佳倒易晶胞復(fù)原方法。通過對(duì)光學(xué)遙感圖像存在模糊、混疊、噪聲等三元退化因素成因的深入分析，建立了單線陣斜采樣技術(shù)的最佳倒易晶胞模型，最大限度的獲取斜采樣模式下的圖像有效信息。在MAP-MRF圖像復(fù)原框架下，通過耦合有效分辨率最佳倒易晶胞，進(jìn)一步減少了模糊、混疊、噪聲對(duì)圖像質(zhì)量的影響，充分利用了由于混疊而錯(cuò)位的高頻信息，獲得了較好的復(fù)原

6、效果;基于Majorization-Minimization的數(shù)值解法降低了計(jì)算復(fù)雜度，提高了運(yùn)算速度和效率。
　　 (5)針對(duì)超模式斜采樣模式下的遙感圖像重建問題，提出了一種新的超分辨率重建框架。由于超模式斜采樣成像方式采用傾斜一定角度的兩排CCD線陣，在傳統(tǒng)超分辨率重建框架的基礎(chǔ)上融合了糾偏策略。首先用Forstner算子提取圖像特征點(diǎn)，采用基于粗細(xì)結(jié)合的匹配策略對(duì)圖像序列進(jìn)行剛性配準(zhǔn);然后在加入線陣傾斜角度的變換模型基礎(chǔ)上