基于波前测量的白光点扩散函数估计方法

发布时间：2017-10-16 07:46

  本文关键词：基于波前测量的白光点扩散函数估计方法

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【摘要】：由于大气湍流、卫星颤振、成像装置自身误差等原因,导致观测到的遥感图像模糊,图像复原技术是解决该问题的途径之一。精确地估算点扩展函数(Point Spread Function,PSF)既是遥感图像复原的关键更是难点。常用的图像复原算法如维纳(Winer)滤波复原、Lucy-Richardson(LR)滤波复原等都是建立在已知图像点扩展函数的前提下。盲复原方法虽然现在广泛使用,也得到了一定的成就,但其在图像对比度较差时,很难估计点扩展函数。同时实际复原问题中,估算出来的点扩展函数精确度不高。遥感图像在成像过程中,空间相机波前误差是造成其模糊的一个关键因素,因此对空间相机进行在轨波前探测,并估算点扩展函数,非常有实用意义。本文提出了基于在轨波前检测的空间相机点扩展函数的估计方法,采用扩展目标夏克-哈特曼波前传感器探测空间相机的波前信息,基于该波前信息,计算每一种单色光的点扩展函数,然后对单色光点扩展函数加权平均,得到白光点扩展函数。对单色光来说,点扩展函数可以通过傅里叶变换计算出来,而对宽光谱成像系统,点扩展函数是单色光点扩展函数的加权。其权重系数是太阳光谱、目标光谱反射率、光学系统的光谱透射率和光电探测器光谱反射响应的乘积。由于不同的目标有不同的光谱反射率,因此,为了实用和简化,我们采用几种典型地物目标的平均光谱反射率来计算。采用平均光谱反射率进行计算引入了一定的误差,仿真分析表明该误差影响不大,误差小于1%,甚至在10-3量级。进行了基于波前探测的PSF估计结果与基于针孔法点扩展函数实测结果的比对实验。一方面通过哈特曼-夏克波前探测器探测的波前信息计算点扩展函数,另一方面采用CCD相机直接采集点目标下的光学系统点扩展函数,两者进行比较。实验结果显示,基于波前探测估算的点扩展函数与实测的点扩展函数匹配度很高,两者差别基本上小于10%,验证了基于波前探测的白光点扩展函数估计方法的可行性。
【关键词】：图像复原 点扩展函数 波前探测
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP751
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 遥感图像复原研究现状11-16
• 1.2.1 常用复原方法研究现状11-12
• 1.2.2 自适应光学图像复原技术研究现状12-14
• 1.2.3 常见PSF估计模型14-15
• 1.2.4 PSF估计研究现状15-16
• 1.3 PSF估计的发展与应用16-17
• 1.4 本文工作17-18
• 第2章 空间光学遥感器的波前误差探测18-35
• 2.1 空间光学遥感器18-20
• 2.2 自适应光学在空间遥感器上的应用研究20-21
• 2.3 地物目标哈特曼－夏克波前传感原理与方法21-28
• 2.3.1 扩展目标哈特曼-夏克波前传感器21-22
• 2.3.2 波前探测原理22-24
• 2.3.3 零位标定24-25
• 2.3.4 波前局部斜率计算25-28
• 2.4 波前重构法28-32
• 2.4.1 区域法28-30
• 2.4.2 模式法30-32
• 2.5 空间相机宽视场波前误差检测32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 空间相机宽光谱PSF的计算方法及仿真研究35-44
• 3.1 单色光PSF计算原理35-36
• 3.2 宽光谱PSF计算36-38
• 3.3 宽光谱PSF估计误差的仿真结果38-43
• 3.4 结论43-44
• 第4章 基于波前探测的PSF估算方法实验研究44-56
• 4.1 实验介绍45-48
• 4.1.1 原理实验光路设计45-46
• 4.1.2 原理实验系统搭建46-48
• 4.1.3 实验步骤48
• 4.2 原理实验结果与计算48-50
• 4.3 实际应用实验结果展示50-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 结论与展望56-58
• 参考文献58-62
• 附录62-63
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单63-64
• 致谢64-65

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本文编号：1041467