航天相机星上自适应调光的研究
本文选题：航天相机 切入点：自适应调光 出处：《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》2016年博士论文
【摘要】：随着空间遥感科技的快速发展,遥感数据信息受到高度重视,提高航天遥感相机的成像质量是准确获取遥感数据信息的关键。航天遥感相机的调光是相机设计及应用的重要参数,影响着航天相机的成像质量。航天相机星上自适应调光技术需要预先获取目标场景信息,根据目标场景特性实时的调节曝光参数,避免由曝光量不足或过量引起图像信息的损失,是提高航天遥感相机成像质量的一项关键技术。由于线阵TDICCD航天相机采用推扫模式成像,对于同一场景只能成像一次,无法预判目标场景信息,星上自适应调光实现难度较大。为了实现线阵TDICCD推扫式航天遥感相机的星上自适应调光,本文设计了基于CMOS传感器的TDICCD焦平面结构,利用CMOS图像实现目标场景的分析预判,实现星上自适应调光。本论文主要完成了以下五个方面的工作:(1)深入研究了自适应调光原理及常见方法,详细分析TDICCD航天遥感相机的工作原理及成像模型。通过分析影响自适应调光的因素,提出航天相机星上自适应调光的关键点,最后详细介绍了航天遥感相机成像质量的评价方法;(2)针对TDICCD无法预先获取目标场景图像的问题,提出了一种基于CMOS的TDICCD焦平面结构实现目标场景的预先获取。利用CMOS获取的目标场景图像,结合CMOS的成像模型,实现航天相机入瞳处辐照度的计算,用于调节曝光参数。详细分析了目标场景图像功率谱与曝光时间的关系,构建了一个曝光时间评价函数用于确定最佳的曝光时间。(3)针对云层对入瞳处辐照度计算和图像功率谱统计的影响,提出了一种基于CMOS图像的实时云判方法。通过建立了晴空下航天相机入瞳处辐照度的模型,获取晴空条件下航天相机入瞳处辐照度的理论值,通过理论值与实际测量值的比较,对CMOS图像中是否有云进行快速的判决;在判决完成后,采用了聚类分析的方法对四个图像特征进行分类,完成云图像的识别和剔除,提高入瞳辐照度计算和图像功率谱统计的准确性。(4)以曝光特征统计结果为基础,实现了基于“灰度中值”的初步调光和基于图像功率谱的精密调光,推导了考虑积分级数和增益的TDICCD调光公式。提出了一种自适应线性拉伸的拉普拉斯图像增强方法,提升零级图像的视觉效果,防止由低位舍弃造成的图像信息损失。分析了调光参数对TDICCD航天相机成像指标的影响,确定调光参数的约束条件。利用TDICCD图像对调光参数进行校验,提高自适应调光算法的稳定性和可靠性。(5)介绍了TDICCD航天相机的硬件组成,设计了基于FPGA的自适应调光的硬件系统,对自适应调光算法进行了实验验证。本文对航天相机星上自适应调光算法进行了深入研究,设计了自适应调光硬件系统,进行了大量实验对本文提出的自适应调光算法进行验证。实验结果表明,对于不同的目标场景,本文算法可有效实现星上自适应调光的预期目标,图像的质量得到了有效的提高,算法的实时性和稳定性能够满足工程需求。
[Abstract]:With the rapid development of the space remote sensing technology , the information of remote sensing data is highly valued , and the imaging quality of the space remote sensing camera is the key to accurately acquire the information of remote sensing data . ( 5 ) The hardware composition of the TDICCD space camera is introduced . The self - adaptive dimming algorithm based on FPGA is designed . The adaptive dimming algorithm is verified . The adaptive dimming algorithm is verified by a lot of experiments . The experimental results show that the algorithm can effectively realize the expected target of adaptive dimming on the star . The quality of the image is improved effectively , and the real - time and stability of the algorithm can meet the engineering requirements .
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP751
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，本文编号：1676269
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