中心遮拦光学遥感系统图像退化机理及恢复方法研究

论文摘要

目前国内外遥感卫星上的高分辨成像光学系统主要有同轴反射和离轴反射两大类。因为同轴系统具有结构紧凑、易于高精度加工和装调、系统稳定性高等诸多优点,成为了目前卫星遥感器上使用最多、最为成熟的系统。但是,同轴反’射光学系统的次镜遮挡问题减小了光学系统的有效通光口径,导致光学系统调制传递函数（Modulation Transfer Function, MTF）在中频段出现明显下降,影响了所拍摄遥感图像的质量,这成为了制约同轴反射式系统进一步发展的技术瓶颈。本文针对中心遮拦系统中频段退化图像的复原问题开展了研究工作。调制传递函数补偿（Modulation Transfer Function Compensation, MTFC）技术在各国高分辨对地观测卫星的遥感图像处理方面已经得到了广泛的应用。本文以改进型卡塞格林光学系统为例,研究了中心遮拦遥感成像系统的MTFC技术。本课题设计加工了一个2m焦距的改进型卡塞格林光学系统,利用倾斜刃边法提取退化函数,通过图像复原算法对仿真及实拍退化图像进行了复原,并使用多种客观图像评价函数对复原结果进行了评价。同时分析了在不同噪声、不同遮拦比情况下,对不同类型遥感图像的复原效果。通过仿真实验中对不同复原算法及评价方法的对比,Lucy-Richardson复原算法和稀疏反卷积算法分别在无噪声图像和有噪声图像复原中取得了良好的结果。有参考型评价方法中,梯度振铃评价法（GRM）与区域权重和人眼视觉特性评价法（HVSWGM）两种评价函数准确地反应出了复原图像质量的提高,GRM评价函数评价结果表明通过MTFC技术,图像质量有10%-20%的提高。无参考型评价函数中以灰度平均梯度评价法（GMG）的评价结果最为精确。另外,通过不同遮拦比图像复原实验,证明了在60%遮拦比之内,该方法都有明显的效果。实拍实验结果进一步验证了以上结论。以上结果共同表明将MTFC技术应用于中心遮拦系统,对于弥补由于次镜遮拦造成的图像质量损失,提高成像质量具有显著作用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1. 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 论文章节安排
• 2. 中心遮拦系统介绍
• 2.1 中心遮拦系统图像退化机理
• 2.2 卡塞格林系统结构设计
• 2.3 镜头调试
• 2.4 本章小结
• 3. 图像复原原理介绍
• 3.1 退化函数求取
• 3.2 图像复原算法
• 3.2.1 逆滤波复原算法
• 3.2.2 维纳滤波（最小均方误差滤波）复原算法
• 3.2.3 正则（约束最小二乘方）滤波复原算法
• 3.2.4 Lucy-Richardson复原算法
• 3.2.5 总变分规整化复原算法
• 3.2.6 稀疏反卷积复原算法
• 3.3 图像质量评价
• 3.3.1 图像质量的主观评价
• 3.3.2 图像质量的客观评价
• 3.3.3 针对中心遮拦系统的图像质量评价
• 3.4 本章小结
• 4. 仿真实验
• 4.1 仿真图像获取
• 4.2 原始遮拦比图像复原及评价
• 4.2.1 无噪声图像
• 4.2.2 噪声图像
• 4.3 不同遮拦比图像复原及评价
• 4.3.1 20%遮拦比
• 4.3.2 30%遮拦比
• 4.4 不同遮拦比复原结果比较
• 4.4.1 图像1（分辨率板图像）
• 4.4.2 图像2（国家体育场高分辨率遥感图像）
• 4.4.3 图像3（机场高分辨率遥感图）
• 4.4.4 不同遮拦比复原评价值
• 4.5 本章小结
• 5. 实拍实验
• 5.1 原始遮拦比图像复原及评价
• 5.1.1 ISO400
• 5.1.2 ISO3200
• 5.2 户外图像复原及评价
• 5.3 不同遮拦比图像复原及评价
• 5.3.1 20%遮拦比
• 5.3.2 30%遮拦比
• 5.3.3 不同遮拦比复原结果对比
• 5.4 本章小结
• 6. 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 教育经历
• 攻读硕士学位期间完成的论文成果
• 攻读硕士学位期间参与的项目