【摘要】：隨著對(duì)空間遙感成像系統(tǒng)的成像規(guī)模及分辨率要求越來越高,對(duì)傳統(tǒng)成像系統(tǒng)提出了巨大挑戰(zhàn)。成像分辨率的提高需要探測器更大的像元陣列規(guī)模和更小的像元尺寸,同時(shí)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及傳輸也帶來了巨大壓力。壓縮感知理論突破了傳統(tǒng)成像系統(tǒng)受到的香農(nóng)-奈奎斯特采樣定理的限制,其基于信號(hào)的稀疏特性,能夠從少量的投影值中高概率的精確重構(gòu)原始信號(hào),這為高分辨率成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新的理論基礎(chǔ)。本文從壓縮感知理論模型及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)角度出發(fā),針對(duì)面向空間光學(xué)遙感領(lǐng)域應(yīng)用的壓縮感知成像系統(tǒng)及方法展開研究,分別從理論模型的改進(jìn),硬件實(shí)現(xiàn)方式及成像策略等方面進(jìn)行了深入探討。首先,提出了一種并行互補(bǔ)壓縮感知成像系統(tǒng),建立了圖像分塊并行處理的數(shù)學(xué)模型,與傳統(tǒng)塊壓縮感知系統(tǒng)相比,提高了采樣效率,成像質(zhì)量得到提升。根據(jù)空間光學(xué)遙感成像領(lǐng)域的應(yīng)用需求,建立了該系統(tǒng)的推掃像移模型。量化分析了像移量對(duì)恢復(fù)圖像質(zhì)量的影響。其次,基于壓縮感知理論和TDI CCD的工作方式,提出了一種借助TDI CCD電荷轉(zhuǎn)移和快門隨機(jī)閃動(dòng)曝光協(xié)同的壓縮編碼成像方法,實(shí)現(xiàn)了電荷轉(zhuǎn)移一維方向上圖像分辨率的提升�；诖朔椒�,提出了一種雙探測器正交化超分辨率成像系統(tǒng),完成了二維方向圖像分辨率的提升。并提出了采用貪婪算法和比例融合算法作為系統(tǒng)的二維圖像融合方式。理論建模及仿真結(jié)果表明該成像方法及系統(tǒng)的有效性,為基于壓縮感知理論的超分辨率成像提供了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的新方法。再次,提出了一種壓縮感知理論模型的改進(jìn)型,并根據(jù)模型需求設(shè)計(jì)了硬件實(shí)現(xiàn)方案及系統(tǒng)工作流程。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與塊壓縮感知系統(tǒng)相比,所提出的系統(tǒng)在相同參數(shù)條件下,能夠顯著提升圖像質(zhì)量,且消除了塊壓縮感知系統(tǒng)的塊效應(yīng)。在所提出系統(tǒng)基礎(chǔ)上,提出了基于頻率預(yù)估的權(quán)重化迭代恢復(fù)策略,通過對(duì)重構(gòu)過程的自適應(yīng)調(diào)整,優(yōu)化了重構(gòu)過程資源分配,圖像質(zhì)量得到進(jìn)一步提升。最后,針對(duì)遙感圖像不同區(qū)域特征顯著化的特點(diǎn),提出了一種自適應(yīng)塊壓縮感知系統(tǒng),通過預(yù)采樣率先獲取目標(biāo)場景的先驗(yàn)信息,一方面用于在感知階段指導(dǎo)塊間的自適應(yīng)采樣率分配,另一方面用于在恢復(fù)階段生成權(quán)重稀疏系數(shù)矩陣,提升圖像恢復(fù)效率,通過采用優(yōu)化組合應(yīng)用策略,使得提出系統(tǒng)的成像質(zhì)量相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)明顯提升。同時(shí)在此基礎(chǔ)上提出了一種多角度圖像恢復(fù)策略,使圖像恢復(fù)質(zhì)量得到了大幅提升。本文針對(duì)基于壓縮感知理論的空間光學(xué)遙感成像系統(tǒng)及方法進(jìn)行了深入研究,圍繞壓縮感知理論模型及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等方面展開了有效探索,為壓縮感知理論在空間光學(xué)遙感領(lǐng)域的應(yīng)用起到了推進(jìn)作用,并具有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP751
【圖文】：

壓縮感知理論在空間光學(xué)遙感成像系統(tǒng)中的應(yīng)用方法研究首先在受制于大規(guī)模探測器制造困難且成本高昂的光學(xué)成像領(lǐng)域率先實(shí)踐。2007年，美國萊斯大學(xué)的 Duarte M F 等人提出了單像素相機(jī)系統(tǒng)，它以數(shù)字微鏡陣列(DMD)作為編碼器件，應(yīng)用單個(gè)光電二極管作為成像探測器，首次實(shí)現(xiàn)了壓縮感知理論的應(yīng)用[80]。該系統(tǒng)的組成如圖 1.1 所示，通過光學(xué)系統(tǒng)將目標(biāo)投影至DMD 上，DMD 由數(shù)字電壓信號(hào)控制微鏡片的機(jī)械偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光線的調(diào)整，完成對(duì)圖像信號(hào)的編碼，反射光經(jīng)透鏡聚焦到光電二極管上，再經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過多次編碼重復(fù)測量，最后根據(jù)采樣數(shù)據(jù)重構(gòu)得到原始圖像。

圖 1.1 單像素相機(jī)原理及實(shí)物圖Figure 1.1 The principle schematic and physical diagram of single-pixel camera.光譜成像需同時(shí)獲取目標(biāo)的二維空間信息與一維光譜信息，傳統(tǒng)光譜成像系統(tǒng)采用色散元件將目標(biāo)不同光譜通道的光進(jìn)行分離，再分別對(duì)不同光譜通道進(jìn)行成像。這樣一次曝光只能獲得單光譜通道的二維空間信息，需要進(jìn)行多次曝光才能獲取三維的光譜成像信息。2007 年，美國杜克大學(xué)的 DISP 研究小組提出了基于編碼孔徑的光譜成像系統(tǒng)(CASSI)，利用編碼孔徑和色散元件將三維光譜圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼投影至二維探測器上，形成混疊信息，并通過重構(gòu)算法恢復(fù)得到完整三維信息，極大地降低了數(shù)據(jù)采集量[69-71]。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 姜景山;本刊記者;;遙感成像技術(shù):延伸的視界[J];中國攝影;2017年10期

2 吳鵬;;類型攝影的道器辨識(shí)[J];中國攝影;2017年10期

3 張建業(yè);趙曉林;趙搏欣;高關(guān)根;陳小龍;;基于壓縮感知的遙感成像稀疏重構(gòu)性能分析[J];計(jì)算機(jī)測量與控制;2019年02期

4 王先兵;喬延利;楊世植;周全;;偏振遙感成像探測技術(shù)及其在目標(biāo)毀傷效果評(píng)估中的應(yīng)用研究[J];裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2007年05期

5 楊麗君;吳健平;;遙感成像技術(shù)的發(fā)展[J];地理教學(xué);2003年05期

6 ;我國遙感成像探測技術(shù)獲重要突破[J];現(xiàn)代科學(xué)儀器;2013年01期

7 劉吉英;朱炬波;嚴(yán)奉霞;張?jiān)鲚x;;基于壓縮感知理論的稀疏遙感成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2010年08期

8 ;我國遙感成像探測技術(shù)取得重要突破[J];紅外;2013年04期

9 趙楠翔;胡以華;;激光遙感成像信號(hào)與目標(biāo)細(xì)特性關(guān)系研究[J];紅外與激光工程;2006年02期

10 謝佳楠;劉兆軍;李博;阮寧娟;;信息密度與圖像主觀評(píng)價(jià)的關(guān)系研究[J];航天返回與遙感;2016年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李大鵬;蘇楓;袁馳;龍華保;;基于強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像的圖像重構(gòu)算法研究[A];2016年紅外、遙感技術(shù)與應(yīng)用研討會(huì)暨交叉學(xué)科論壇論文集[C];2016年

2 胡以華;舒嶸;趙淑華;薛永祺;;遙感成像的定位技術(shù)及其精度分析[A];成像光譜技術(shù)與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2002年

3 雷利卿;姜景山;;不同衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型的遙感成像能力研究[A];第二屆微波遙感技術(shù)研討會(huì)摘要全集[C];2006年

4 曾琪明;賈建瑛;;一種根據(jù)圖像時(shí)空統(tǒng)計(jì)來檢測和校正CCD遙感成像缺陷的新方法[A];第十五屆全國遙感技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2005年

5 張達(dá);劉棟斌;;基于大氣輻射傳輸模型的遙感成像系統(tǒng)信噪比計(jì)算研究[A];第九屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅱ[C];2011年

6 韓申生;;基于稀疏和冗余表象的關(guān)聯(lián)成像技術(shù)及其在遙感中的應(yīng)用研究[A];第十屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

7 王建宇;;高光譜遙感技術(shù)的進(jìn)展與展望[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學(xué)學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2004年

8 王U

本文編號(hào)：2738653