【摘要】：混濁大氣中的分子、氣溶膠粒子會(huì)導(dǎo)致光電探測設(shè)備所采集圖像的成像質(zhì)量嚴(yán)重退化,環(huán)境光(包括太陽直射光、大氣漫射光等)經(jīng)過大氣粒子散射后的輻射,以及大氣本身熱輻射疊加到目標(biāo)像元和鄰近像元,造成圖像對比度下降。基于大氣透過率與大氣散射光大氣圖像光學(xué)退化近似模型被廣泛應(yīng)用。大氣透過率僅可以表征圖像固有亮度的衰減,而點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)或其傅里葉變換調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)則能夠全面描述混濁大氣對圖像質(zhì)量的影響,包括圖像亮度的衰減及鄰邊效應(yīng)造成的圖像模糊。早期基于小角散射近似獲得的混濁大氣MTF解析表達(dá)式只適用于低頻和高頻條件,近期根據(jù)輻射傳輸原理獲得的混濁大氣介質(zhì)MTF的等效原理給出了 MTF在整個(gè)頻域范圍內(nèi)的完整描述。本文考慮大氣散射光作為外部因素對圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響,并將混濁大氣MTF與大氣散射光分量對成像質(zhì)量的影響作為一個(gè)整體考慮,由此獲得圖像退化在頻域的完整表達(dá)—表觀MTF�；趯Υ髿庵袌D像退化過程的分析,本論文主要完成以下內(nèi)容:1)完成了混濁大氣調(diào)制傳遞函數(shù)(等效原理)校驗(yàn);相對于小角散射近似MTF模型,混濁大氣MTF的等效原理可以準(zhǔn)確的給出全部空間頻域內(nèi)的整體MTF。本文分別通過實(shí)際成像實(shí)驗(yàn)以及Monte-Carlo數(shù)值模擬的方法驗(yàn)證了等效原理的可靠性。并基于等效原理對小角散射近似模型進(jìn)行適用性分析。2)探索了從圖像中獲取影響混濁大氣介質(zhì)MTF的光學(xué)厚度τ或大氣透過率T的方法;根據(jù)大氣中光學(xué)退化模型及暗通道先驗(yàn)理論,成像波段的大氣透過率可以直接從圖像本身的信息獲得,依據(jù)各波段消光系數(shù)數(shù)據(jù)庫獲得目標(biāo)波段的大氣透過率,與能見度儀及激光雷達(dá)的測量結(jié)果對比表明,本文提出的大氣透過率測量方法有效可靠。3)實(shí)現(xiàn)了背景光下圖像退化過程的完整頻域描述;混濁大氣介質(zhì)MTF直接反映大氣分子和氣溶膠粒子的吸收和散射造成目標(biāo)像元固有亮度的衰減及模糊以及鄰近像元大氣散射輻射疊加到目標(biāo)像元而造成目標(biāo)像元的邊緣模糊;大氣散射光直接對圖像零頻分量影響,直接表現(xiàn)為圖像對比度的降低。本文將上述兩方面的影響納入到一個(gè)整體表達(dá),并稱為表觀MTF。4)從頻域角度提出了圖像質(zhì)量評價(jià)的方法;基于天光背景下圖像退化過程的頻域描述,本文模擬了清晰圖像的模糊以及實(shí)現(xiàn)了退化圖像的大氣校正,圖像模糊效果較傳統(tǒng)的高斯模糊的結(jié)果更接近實(shí)際情況,圖像校正效果較暗通道先驗(yàn)理論好。提出了圖像質(zhì)量評價(jià)的參量—譜面積SA,并與傳統(tǒng)的基于統(tǒng)計(jì)原理的數(shù)字圖像評價(jià)方法進(jìn)行了對比。5)混濁大氣表觀MTF光譜特性研究;等效原理顯示混濁大氣介質(zhì)MTF與光學(xué)厚度、非對稱因子及單次散射反照率等參數(shù)有關(guān),由于這些參數(shù)具有明顯的光譜特性,相應(yīng)的混濁大氣介質(zhì)MTF及表觀MTF也具有光譜特性。分析表明:MTF的中高頻分量在可見及近紅外波段高于中紅外波段,而表觀MTF的零頻分量則相反。6)初步實(shí)現(xiàn)了基于MTF光譜特性的成像波段優(yōu)選。依據(jù)表觀MTF的光譜特性模擬仿真了不同波段的實(shí)際成像效果,顯示近紅外成像波段因其表觀MTF在中高頻高、零頻低的特性而成像質(zhì)量較好。通過與實(shí)際衛(wèi)星圖像的對比分析驗(yàn)證了這一結(jié)論。論文也給出了成像波段優(yōu)選的準(zhǔn)則并與其他波段優(yōu)選方法進(jìn)行對比,分析了不同條件下混濁大氣、湍流大氣及光電成像系統(tǒng)三部分對成像質(zhì)量的影響。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X513
【圖文】：

邐Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ邋（ｃｍ＇１）逡逑圖２．１邋Ｍｏｄｔｒａｎ模擬計(jì)算的紅外光譜圖逡逑從圖２．１及表２．２可以看出，水汽的吸收幾乎覆蓋了地球大氣紅外輻射的整逡逑個(gè)波段，吸收最強(qiáng)的是６．３｜ｉｍ的轉(zhuǎn)動(dòng)帶，較強(qiáng)的在１．３８｜ｉｍ、１．８７｜ｉｍ和２．７（ａｍ處，逡逑０．９ｐｍ和１．１ｐｍ處還有弱吸收。二氧化碳在紅外有兩個(gè)強(qiáng)吸收帶分別位于４．３ｐｍ逡逑和１５ｐｍ處，２．７卩ｍ處有較強(qiáng)吸收，另外還有一些弱吸收帶在１．４｜ｉｍ、１．６｜ｉｍ、逡逑２．０卩ｍ、４．８｜ｉｍ、５．２｜ｉｍ、９．４｜ｉｍ邋和邋１０．４ｎｍ邋處。臭氧在邋４．７｜ｘｍ、９．６ｐｍ、１４．１｜ｉｍ邋處逡逑有較強(qiáng)吸收，在３．３ｎｍ、３．６ｐｍ和５．７ｐｍ有弱吸收。此外，３？５｜ａｍ和８？１２｜ｉｍ逡逑１１逡逑

式（２．１．５）的第一項(xiàng)與瑞利散射有關(guān)，對于分子而言0￣１０＾／＾，在可見光區(qū)域逡逑．ｖ￣ＨＴ３，此時(shí)可以略去高階項(xiàng)，散射強(qiáng)度與成正比。對于氣溶膠與云粒子而言，逡逑在可見光區(qū)域ｒＭ，此時(shí)散射強(qiáng)度對光波長的依賴較小，取決于粒子逡逑尺度。逡逑事實(shí)上，大氣中的氣溶膠粒子不可能完全是規(guī)則的球形粒子，目前科學(xué)家們逡逑發(fā)展出來一系列能夠精確求解非球形粒子的光散射的方法，包括解析法、數(shù)值法逡逑和近似法［６８，７８］等。逡逑氣溶膠吸收和散射作用會(huì)受到其他因素的影響。一般地，隨著相對濕度的增逡逑力口，吸濕性氣溶膠粒子含有的水汽含量也隨著上升，此時(shí)氣溶膠粒子尺寸、化學(xué)逡逑成分及其有效折射率也會(huì)發(fā)生變化，氣溶膠的吸收、散射作用也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改逡逑變；而不溶性的氣溶膠粒子基本不受大氣濕度的影響。有些粒子的光學(xué)特性會(huì)受逡逑到風(fēng)速的影響。逡逑Ｍｏｄｔｒａｎ中前三類氣溶膠的光學(xué)特性與相對濕度有關(guān)，而最后一類則與風(fēng)速逡逑有關(guān)［７９１。圖２．２、圖給出了相對濕度及風(fēng)速對不同氣溶膠光學(xué)特性的影響。逡逑｜Ｊ0「．邋邋邋邐０Ｊ０．邐邋ＩＸ）．邐逡逑一Ｉ邐邐Ｒ１Ｉ－００％邋一邐邐ＲＨ－００％邐Ｒｕｒａｌ邋Ａｅｒｏｓｏｌ逡逑

到風(fēng)速的影響。逡逑Ｍｏｄｔｒａｎ中前三類氣溶膠的光學(xué)特性與相對濕度有關(guān)，而最后一類則與風(fēng)速逡逑有關(guān)［７９１。圖２．２、圖給出了相對濕度及風(fēng)速對不同氣溶膠光學(xué)特性的影響。逡逑｜Ｊ0「．邋邋邋邐０Ｊ０．邐邋ＩＸ）．邐逡逑一邋Ｉ邐邐Ｒ１Ｉ－００％邋一邐邐ＲＨ－００％邐Ｒｕｒａｌ邋Ａｅｒｏｓｏｌ逡逑Ｔ邋Ｉｊｓｌ邐Ｒｕｒａｌ邋Ａｅｒｏｓｏｌ邐邐ＲＨ－７０％邋２邋ｏ＾ｓ邐？邋，邋．邋，邐邐ＲＨ－７０％逡逑Ｓ邋Ｉ邐——ＲＨ－ｍ邋２邐｜邋Ｒｕｒａｌ邋Ａｅｒｏ＊＞ｌ邐邐ＲＨ－８０％邋ｐ邋°＇９逡逑�。哼姡保哄义希埃埃斑姡边姡策姡尺姡催姡冲澹跺澹峰澹姡惯姡保斑姡保边姡保策�00°邐Ｉ邐２邐３邐４邐５邐６邐７邋ｇ邐９邐１０邐１１邐１２邐0－５邐Ｉ邐２邐３邐４邐５邐６邐７邐８邐９邐１０邐１１邐１２逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋／Ｍｍ邐Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋／叫邐Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋／卿逡逑圖２．２鄉(xiāng)村氣溶膠消光系數(shù)、吸收系數(shù)及非對稱因子與相對濕度ＲＨ（％）的關(guān)系逡逑１５＜邐邋０．９１邐邋Ｉ．ＯＯｉ邐逡逑Ｄｅｓｅｒｔ邋Ａｏｔｉｓｏｌ邐0９Ｊ邋邋ＷＤ－００｜ｉｉ＾＊］邐／Ａ逡逑Ｓ：邋＝＾１：邋Ｉ邋Ｖ逡逑＿邋：邐：——

【參考文獻(xiàn)】

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1 武鵬飛;方帥;徐青山;饒瑞中;;非均勻大氣中單幅退化圖像復(fù)原[J];電子學(xué)報(bào);2013年10期

2 武鵬飛;徐青山;饒瑞中;;近地面水平方向天空散射光偏振方向研究[J];紅外與激光工程;2012年08期

3 武鵬飛;徐青山;方帥;饒瑞中;;大氣非均勻路徑中圖像退化光學(xué)模型[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2012年05期

4 武鵬飛;方帥;徐青山;饒瑞中;;基于大氣MTF的退化圖像復(fù)原[J];大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào);2011年03期

5 袁宏武;方帥;梅海平;武鵬飛;倪志波;饒瑞中;;應(yīng)用于圖像復(fù)原的大氣調(diào)制傳遞函數(shù)研究綜述[J];大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào);2010年06期

6 方帥;黃宏華;黃印博;朱文躍;饒瑞中;;基于大氣調(diào)制傳遞函數(shù)的大氣退化圖像復(fù)原[J];紅外與激光工程;2008年S2期

7 趙春暉;陳萬海;楊雷;;高光譜遙感圖像最優(yōu)波段選擇方法的研究進(jìn)展與分析[J];黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);2007年05期

8 李慶利;薛永祺;王建宇;白智全;;PHI高光譜圖像的大氣校正算法[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2006年04期

9 熊興華;數(shù)字影像質(zhì)量評價(jià)方法評述[J];測繪科學(xué);2004年01期

本文編號：2806832