航空摆扫式成像光谱仪成像质量研究
发布时间：2023-05-06 02:03
高光谱成像技术将光学成像技术与光谱分析技术有机地结合在一起,在获取目标的二维空间信息的同时,也获取了目标的光谱信息,从而对目标的几何形状和光谱特征进行分析和识别。高光谱遥感兴起于20世纪80年代遥感技术的发展,是当前遥感的前沿技术,它具有光谱分辨率高、光谱波段数多、信息量丰富等特点,可以广泛应用于地质勘查、海洋研究、农业生产等诸多领域。机载摆扫式成像光谱仪作为高光谱遥感成像的一种应用方向,具有成像视场大、成本低、使用方便、机动性好等优点,这对于高光谱遥感成像在民用领域的推广应用具有十分重要的意义。本文以机载摆扫式成像光谱仪为研究对象,为了提高成像光谱仪的成像性能,针对光学系统的成像质量展开研究,重点研究了光谱仪总体方案设计、仪器各项误差引起的像移量的计算以及复杂运动下系统调制传递函数(MTF)的计算三个方面。本文主要的研究工作如下:首先,介绍了机载成像光谱仪的应用需求,确定了光谱仪的总体设计方案以及指标;完成了光学系统的设计,详细介绍了系统各部件的相关参数;确定了摆扫成像的方案,重点介绍了三面摆扫镜的镜面以及口径设计;分析了光谱仪动态成像过程,模拟了地面成像轨迹以及像元对应关系,研究了...
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 高光谱成像技术
1.1.2 机载高光谱成像仪的成像方式
1.1.3 机载成像光谱仪的应用
1.1.4 本课题研究的意义
1.2 机载高光谱成像仪的研究进展
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.3 国内外成像质量相关领域的研究现状
1.3.1 成像系统像移量的计算
1.3.2 像移对调制传递函数的影响
1.4 研究现状总结
1.5 本文研究内容和章节安排
第2章 成像质量研究相关理论基础
2.1 动态光学理论
2.1.1 齐次坐标变换
2.1.2 三维图形的位置变换
2.1.3 光的反射与折射
2.1.4 动态成像关系
2.2 光学系统的调制传递函数
2.2.1 MTF的相关理论
2.2.2 MTF的测量方法
2.3 本章小结
第3章 航空摆扫式成像光谱仪的总体方案
3.1 机载成像光谱仪的应用需求
3.2 扫描光谱仪的总体方案
3.3 光学系统的方案
3.3.1 望远镜设计
3.3.2 准直镜设计
3.3.3 分光系统设计
3.4 摆扫成像方案
3.4.1 折转镜设计
3.4.2 旋转三面镜设计
3.5 动态成像过程分析
3.5.1 摆扫成像的地面轨迹
3.5.2 摆扫过程中的像元畸变分析
3.5.3 图像拼接过程中地面像元的对应关系
3.5.4 误差对图像拼接的影响分析
3.6 设计方案的优势
3.6.1 信噪比计算
3.6.2 单点扫描的优势
3.7 光谱仪设计方案的总结
3.8 本章小结
第4章 航空摆扫式成像光谱仪像移计算和误差分配
4.1 引言
4.2 坐标系定义
4.3 成像链路模型的建立
4.4 航空成像光谱仪的误差项
4.4.1 飞机高程误差以及飞行速度误差
4.4.2 稳定平台补偿精度
4.4.3 三面镜摆扫速度误差
4.4.4 三面镜加工装调误差
4.5 计算像点位移
4.6 三面镜加工装调误差对像移量的影响
4.7 蒙特卡洛法仿真
4.7.1 蒙特卡洛法的基本思想
4.7.2 基于系统指标的误差分配
4.7.3 MATLAB仿真
4.8 基于光学设计的验证实验
4.9 本章小结
第5章 复杂像移情况下系统调制传递函数的计算
5.1 引言
5.2 通用的MTF计算模型
5.3 单一运动形式像移对MTF的影响分析
5.3.1 线性运动
5.3.2 正弦像移
5.4 复杂像移对MTF的影响分析
5.5 复杂像移下MTF的数值解分析
5.5.1 数值解产生的截断误差的分析
5.5.2 像移运动各参数对MTF的影响
5.6 软件仿真实验
5.6.1 仿真方法
5.6.2 仿真结果
5.7 验证实验
5.8 光谱仪图像拼接过程中的MTF变化
5.9 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 创新点说明
6.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3808802
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 高光谱成像技术
1.1.2 机载高光谱成像仪的成像方式
1.1.3 机载成像光谱仪的应用
1.1.4 本课题研究的意义
1.2 机载高光谱成像仪的研究进展
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.3 国内外成像质量相关领域的研究现状
1.3.1 成像系统像移量的计算
1.3.2 像移对调制传递函数的影响
1.4 研究现状总结
1.5 本文研究内容和章节安排
第2章 成像质量研究相关理论基础
2.1 动态光学理论
2.1.1 齐次坐标变换
2.1.2 三维图形的位置变换
2.1.3 光的反射与折射
2.1.4 动态成像关系
2.2 光学系统的调制传递函数
2.2.1 MTF的相关理论
2.2.2 MTF的测量方法
2.3 本章小结
第3章 航空摆扫式成像光谱仪的总体方案
3.1 机载成像光谱仪的应用需求
3.2 扫描光谱仪的总体方案
3.3 光学系统的方案
3.3.1 望远镜设计
3.3.2 准直镜设计
3.3.3 分光系统设计
3.4 摆扫成像方案
3.4.1 折转镜设计
3.4.2 旋转三面镜设计
3.5 动态成像过程分析
3.5.1 摆扫成像的地面轨迹
3.5.2 摆扫过程中的像元畸变分析
3.5.3 图像拼接过程中地面像元的对应关系
3.5.4 误差对图像拼接的影响分析
3.6 设计方案的优势
3.6.1 信噪比计算
3.6.2 单点扫描的优势
3.7 光谱仪设计方案的总结
3.8 本章小结
第4章 航空摆扫式成像光谱仪像移计算和误差分配
4.1 引言
4.2 坐标系定义
4.3 成像链路模型的建立
4.4 航空成像光谱仪的误差项
4.4.1 飞机高程误差以及飞行速度误差
4.4.2 稳定平台补偿精度
4.4.3 三面镜摆扫速度误差
4.4.4 三面镜加工装调误差
4.5 计算像点位移
4.6 三面镜加工装调误差对像移量的影响
4.7 蒙特卡洛法仿真
4.7.1 蒙特卡洛法的基本思想
4.7.2 基于系统指标的误差分配
4.7.3 MATLAB仿真
4.8 基于光学设计的验证实验
4.9 本章小结
第5章 复杂像移情况下系统调制传递函数的计算
5.1 引言
5.2 通用的MTF计算模型
5.3 单一运动形式像移对MTF的影响分析
5.3.1 线性运动
5.3.2 正弦像移
5.4 复杂像移对MTF的影响分析
5.5 复杂像移下MTF的数值解分析
5.5.1 数值解产生的截断误差的分析
5.5.2 像移运动各参数对MTF的影响
5.6 软件仿真实验
5.6.1 仿真方法
5.6.2 仿真结果
5.7 验证实验
5.8 光谱仪图像拼接过程中的MTF变化
5.9 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 创新点说明
6.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3808802
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