【摘 要】
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大视场圆周扫描系统采用旋转成像的方式获取高分辨率遥感图像,具有轻质化、共相性强、覆盖视场大等优势,是目前实现地球静止轨道超高分辨率超大口径光学遥感成像的最具潜力的技术途径之一。然而,由于其特殊的旋转推扫成像机制,系统在轨成像过程中将受到探测器旋转采样、卫星平台振动、光学系统像差等物理因素的耦合影响,图像退化特性较为复杂,存在空间移变模糊、环状几何畸变等图像质量退化问题,严重影响了图像产品的解译应用
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大视场圆周扫描系统采用旋转成像的方式获取高分辨率遥感图像,具有轻质化、共相性强、覆盖视场大等优势,是目前实现地球静止轨道超高分辨率超大口径光学遥感成像的最具潜力的技术途径之一。然而,由于其特殊的旋转推扫成像机制,系统在轨成像过程中将受到探测器旋转采样、卫星平台振动、光学系统像差等物理因素的耦合影响,图像退化特性较为复杂,存在空间移变模糊、环状几何畸变等图像质量退化问题,严重影响了图像产品的解译应用能力,有必要针对退化特性对图像进行复原处理,但目前国内外针对该类系统成像特性及相应复原方法的研究鲜有报道。针对该问题,本文开展了大视场圆周扫描系统成像特性与图像复原方法研究,并进行了实验验证。主要研究工作如下:(1)分析了大视场圆周扫描系统在轨成像特性。从空间大视场圆周扫描系统全链路成像机理出发,综合考虑探测器旋转采样、卫星平台振动、光学系统像差等环节要素及其耦合关系对图像质量的影响机制,建立了大视场圆周扫描系统成像仿真和图像质量退化特性表征模型。在此基础上,开展了系统成像特性仿真分析实验,分析了平台振幅、振频、探测器旋转速率以及TDI级数等关键物理参量对图像质量的影响规律,为后续图像复原方法的研究提供了理论基础与基础数据输入。(2)提出了大视场圆周扫描系统图像复原模型与方法。针对系统图像存在的环状空变特性,提出一种基于环形分块的空变图像处理方法,为解决环状几何畸变、空间移变模糊等图像质量退化问题,分别构造了非规则采样矩阵与系统退化矩阵,结合加权各项总变分正则项,建立了基于梯度域的图像正则化复原模型,有效提高了图像各方向边缘、细节信息的复原能力,最后针对多约束正则化模型的求解难题,基于交替方向乘子法,提出了模型的快速求解方法。(3)完成了实验验证与分析。为准确评估图像复原方法的处理性能,利用系统成像仿真模型,生成大视场圆周扫描系统仿真数据集,并将其作为复原方法的输入,验证了复原方法的正确性与有效性。同时,分析了不同场景、不同成像参数下的图像复原性能,给出了方法的适用条件。实验结果表明,本文图像复原方法能够有效解决大视场圆周扫描系统存在的几何畸变、空间移变模糊等图像质量退化问题,能够为未来该系统空间应用提供支持。
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