【摘要】：遙感衛(wèi)星在軌工作期間,在太陽光壓、地球引力梯度、空間微小隕石碎片等外部因素,及反作用輪、太陽帆板和其他運動部件的機械與熱效應(yīng)等內(nèi)部因素的影響下,衛(wèi)星平臺的空間姿態(tài)會受到擾動,傳遞到遙感器平臺,表現(xiàn)為平臺的振動現(xiàn)象,這會導(dǎo)致空間相機成像過程中,景物在像面的投影產(chǎn)生相對移動,從而降低圖像質(zhì)量。隨著遙感器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及制造水平的進步和光學(xué)成像器件性能指標的提升,空間相機角分辨率在不斷的提高,導(dǎo)致相機對振動也越來越敏感,振動開始成為影響高分辨率遙感器成像質(zhì)量的重要因素。檢測空間相機振動參數(shù),對研究衛(wèi)星平臺振動規(guī)律,提升遙感器性能具有重要意義,也為振動抑制及降質(zhì)圖像復(fù)原提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。論文的主要研究工作如下:從光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)出發(fā),分析了振動對于MTF的影響,推導(dǎo)了MTF和振動參數(shù)間的計算公式,并通過仿真實驗,使用評價參數(shù)直觀地展現(xiàn)了振動幅度、振動頻率和積分級數(shù)等參數(shù)對于TDICCD成像質(zhì)量的影響。針對焦平面為機械拼接結(jié)構(gòu)的TDICCD推掃相機,提出了一種基于拼接區(qū)域?qū)ν痪拔镏貜?fù)成像的振動檢測方法,達到了不增加額外設(shè)備,僅利用相機自身結(jié)構(gòu)精確測量相機振動參數(shù)的目的;同時為了提高檢測方法的適用性,基于卷簾快門CMOS圖像傳感器自相關(guān)成像,提出了一種在推掃相機和凝視相機上均能有較好應(yīng)用的振動參數(shù)檢測方法,實現(xiàn)了利用低幀頻圖像序列檢測高頻振動的目的,大幅度降低了檢測算法的數(shù)據(jù)傳輸及處理壓力,為檢測算法的星上嵌入式實現(xiàn)提供了可能。根據(jù)傳感器成像原理,提出了一種利用全局快門相機模擬TDICCD和卷簾快門CMOS成像的方法�；谠摲椒ㄔO(shè)計了振動參數(shù)檢測方法驗證實驗,并搭建實驗平臺、設(shè)計實驗參數(shù),分別對本文提出的兩種振動參數(shù)檢測方法進行驗證實驗。實驗結(jié)果表明兩種檢測方法均有較好的檢測精度:對于基于機械拼接結(jié)構(gòu)TDICCD相機的振動參數(shù)檢測方法周期檢測相對誤差小于2%,振幅檢測絕對誤差小于2個像元;對于基于面陣CMOS自相關(guān)成像的振動參數(shù)檢測方法,周期相對誤差小于1%,振幅絕對誤差小于1個像元。根據(jù)振動檢測方法驗證實驗中檢測到的振動參數(shù),對振動降質(zhì)圖像進行復(fù)原。提出一種振動點擴散函數(shù)離散化方法,對任意已知運動函數(shù)的振動,通過這種像素級插值離散化算法,均可快速計算其點擴散函數(shù)。利用得到的離散化點擴散函數(shù)對降質(zhì)圖像進行逐行復(fù)原,并使用評價參數(shù)客觀評價復(fù)原前后圖像質(zhì)量,評價結(jié)果表明復(fù)原效果明顯,證明了本文提出的兩種振動參數(shù)檢測方法的正確性。
[Abstract]:During the operation of the remote sensing satellite in orbit, it was affected by external factors such as solar pressure, gravity gradient of the earth, small space meteorite debris, and mechanical and thermal effects of reaction wheels, solar panels and other moving parts. The space attitude of the satellite platform will be disturbed and transmitted to the remote sensor platform, which will show the vibration phenomenon of the platform, which will lead to the relative movement of the scene projection on the image plane during the imaging process of the space camera, thus reducing the image quality. With the development of optical system design and manufacture of remote sensor and the improvement of optical imaging device performance index, the angular resolution of space camera is improving continuously, which makes the camera more and more sensitive to vibration. Vibration has become an important factor affecting the imaging quality of high resolution remote sensor. Detecting the vibration parameters of space camera is of great significance for studying the vibration law of satellite platform and improving the performance of remote sensor. It also provides a data basis for vibration suppression and restoration of degraded image. The main work of this paper is as follows: based on the modulation transfer function of optical system, the effect of vibration on MTF is analyzed, the formula between MTF and vibration parameters is deduced, and the simulation experiment is carried out. The effects of vibration amplitude, vibration frequency and integral series on TDICCD imaging quality are demonstrated intuitively by using evaluation parameters. Aiming at the TDICCD push-sweep camera with focal plane as mechanical splicing structure, a vibration detection method based on splicing area to duplicate imaging of the same scene is proposed, and no additional equipment is added. The purpose of measuring the camera vibration parameters accurately only by using the camera's own structure; At the same time, in order to improve the applicability of the detection method, based on the autocorrelation imaging of the shutter CMOS image sensor, a vibration parameter detection method is proposed, which can be applied to both the push-sweep camera and the staring camera. The purpose of detecting high frequency vibration by using low frame frequency image sequence is realized, and the data transmission and processing pressure of the detection algorithm is greatly reduced, which provides the possibility for the embedded realization of the detection algorithm on board. According to the principle of sensor imaging, a method of simulating TDICCD and shutter CMOS imaging by using global shutter camera is proposed. Based on this method, the validation experiment of vibration parameter detection method is designed, and the experimental platform is built, and the experimental parameters are designed. The two vibration parameter detection methods proposed in this paper are verified. The experimental results show that the two methods have good detection accuracy: for the vibration parameter detection method based on mechanical splicing structure TDICCD camera, the relative error is less than 2 and the absolute error of amplitude detection is less than 2 pixels; For the vibration parameter detection method based on plane array CMOS autocorrelation imaging, the relative error of period is less than 1 and the absolute error of amplitude is less than 1 pixel. According to the vibration detection method to verify the vibration parameters detected in the experiment, the vibration degradation image is restored. A method for discretization of vibration point diffusion function is proposed. The pixel level interpolation discretization algorithm can be used to calculate the point diffusion function of any known motion function. The discrete point diffusion function is used to restore the degraded image line by line, and the evaluation parameters are used to evaluate the image quality before and after restoration. The evaluation results show that the restoration effect is obvious. It is proved that the two methods proposed in this paper are correct.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41

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本文編號：2320349