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题目:基于运动场的色散推扫型高光谱遥感运动模糊建模与仿真

关键词:运动模糊仿真;运动场;高光谱遥感;光谱维;成像链路

  摘要


高光谱遥感成像设备的设计与研制具有周期长、经费投入多等特点,由于成像链路中存在诸多退化环节,使得高光谱遥感成像设备的设计与研制任务面临众多的挑战,通过计算机仿真技术对高光谱遥感成像设备的成像链路进行仿真,可以为遥感成像设备的设计方案提供高效的评估与优化。运动模糊是指在传感器曝光周期内,由于传感器和被观测目标出现相对运动所造成的图像模糊,作为成像链路中的主要退化环节之一,针对运动模糊过程进行精确的建模与仿真有助于提高整个高光谱遥感成像链路仿真的精度,从而对方案进行更准确、更高效的评估与优化。

但目前遥感链路中传统的运动模糊模型对遥感链路中的运动形式与运动模糊成像的物理过程考虑不够细致与全面,对遥感平台的运动形式考虑的比较单一,导致传统仿真方法的结果不能很好的反映出遥感平台的运动特性,降低了仿真结果的精度。

针对这种情况,本文以色散推扫高光谱遥感器为对象,用运动场描述曝光时间内的像移量,深入的分析了遥感链路中的运动形式,结合实际的成像物理过程,建立了基于运动场的色散推扫高光谱遥感运动模糊模型,提高了运动模糊仿真的精度,本文取得的主要进展如下:

(1) 深入分析了遥感成像链路中的主要运动形式以及其对图像运动模糊的影响,给出了遥感平台运动仿真方法。在光学遥感相机成像模型的基础上,引入了运动场提取模型;结合该模型,从探测器成像的物理过程出发,建立了基于运动场的光电子模糊模型,实现了基于运动场的空间维运动模糊建模与仿真;

(2) 由于运动模糊对于高光谱传感器数据光谱维质量的影响尚不明确,本文从色散推扫型高光谱相机成像原理出发,结合混合像元现象、smile效应、keystone效应给出了色散推扫型高光谱相机运动模糊模型,将运动模糊对图像质量的影响分析拓展至光谱维;实验分析表明,运动模糊会产生的混合像元现象会造成光谱混叠,降低图像光谱维质量,但经运动模糊复原算法可以进行有效校正;

(3) 针对本文所提出的模型进行了物理实验精度验证,验证结果表明:相比传统的仿真方法,本文提出的运动场法的仿真精度最大从42.9%提高到4.74%,具有更高的仿真精度,并且在仿真结果上能够反映更加复杂的运动状况。