推扫式航天遥感相机动态范围拓展方法研究

CIOMP OpenIR

	推扫式航天遥感相机动态范围拓展方法研究
	孙武
学位类型	博士
导师	韩诚山
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	推扫式航天遥感相机动态范围拓展多光谱谱段 TDI CCD DTDI技术
摘要	航天遥感相机是对地遥感最为重要的途径之一,无论是在地理测绘、国土资源管理、气象预报等民用领域还是战场侦察、毁伤评估等军事领域均发挥着不可替代的作用。随着科学技术的发展,航天遥感相机的空间分辨率、时间分辨率、波长分辨率大为提升,航天遥感相机的信噪比、调制传递函数等参数也逐渐提高。但作为航天遥感相机的一个重要指标,动态范围却一直受到探测器满阱电荷等因素的制约,一般在60dB到80dB之间,远低于近200dB的自然场景动态范围值。传统的高动态范围成像方法也由于成像模式的不同,难以直接在航天遥感成像领域应用。本文从工程实际出发,围绕推扫式航天遥感相机的动态范围拓展提出了四个解决办法,分别适用于不同成像方法的推扫式航天遥感相机。论文的具体研究内容包括以下4点:1.提出了基于设置双积分级数的动态范围拓展方法,该方法适用于以面阵CMOS应用DTDI技术的推扫式航天遥感相机。该方法应用双积分级数DTDI成像技术,使得推扫式相机可以针对同一目标场景一次推扫成像,得到两幅曝光量不同的图像,再通过图像融合技术实现动态范围的拓展。经过实验验证,应用该方法可以将实现26.02dB的动态范围拓展量。2.提出了基于固定积分级数DTDI技术的动态范围拓展方法,该方法同样适用于以面阵CMOS为探测器,并应用DTDI技术的推扫式航天遥感相机。该方法通过将DTDI积分级数设置为高值,直接获取高量化位数、高动态范围遥感图像。随后通过选择显示窗口,使图像适于在常规8位显示器上显示。针对自动选择高量化位数图像的显示窗口这一问题,该章提出了相应的选择标准。此外,为了提高算法的效率,减小软硬件规模并降低成本,本章针对重点目标区域边缘信息普遍较多这一特点,提出以边缘信息量为判断标准、利用微粒群搜索算法实现快速、准确选择评价区域。3.提出了基于成像链路建模的动态范围拓展方法,可应用于以多光谱TDI CCD为探测器的推扫式航天遥感相机。该方法在获取高积分级数、高分辨率P谱段遥感图像的基础上,可以通过多谱段图像融合、分辨率提升等手段,获取额外的一幅低积分级数、高分辨率P谱段遥感图像,最终通过大动态范围图像融合可以实现推扫式多光谱遥感相机的动态范围拓展。其中,此方法的核心是将多谱段图像融合为全色图像,而该融合算法是基于成像链路模型实现的。经过实验验证和理论分析,该方法可以将推扫式多光谱航天遥感相机的动态范围提高24.08dB。4.提出了基于PCA算法实现多谱段图像融合的动态范围拓展方法,该方法直接从保留各谱段独特的信息、去除各谱段图像冗余信息的角度出发,利用主成分分析实现多光谱各谱段图像的融合,并经过分辨率提升,可以得到一幅新的全色图像。同时将TDI CCD的P谱段及MS谱段设置为高低不同的数值,可以获取2幅曝光量不同的图像,经过大动态范围图像融合,最终实现推扫式航天遥感相机的动态范围拓展。该方法可以将相机的动态范围提高18.06d B。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61693
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	孙武. 推扫式航天遥感相机动态范围拓展方法研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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