本文選題：航天相機(jī)　切入點(diǎn)：自適應(yīng)調(diào)光　出處：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)》2016年博士論文

【摘要】：隨著空間遙感科技的快速發(fā)展,遙感數(shù)據(jù)信息受到高度重視,提高航天遙感相機(jī)的成像質(zhì)量是準(zhǔn)確獲取遙感數(shù)據(jù)信息的關(guān)鍵。航天遙感相機(jī)的調(diào)光是相機(jī)設(shè)計(jì)及應(yīng)用的重要參數(shù),影響著航天相機(jī)的成像質(zhì)量。航天相機(jī)星上自適應(yīng)調(diào)光技術(shù)需要預(yù)先獲取目標(biāo)場(chǎng)景信息,根據(jù)目標(biāo)場(chǎng)景特性實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)曝光參數(shù),避免由曝光量不足或過(guò)量引起圖像信息的損失,是提高航天遙感相機(jī)成像質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于線陣TDICCD航天相機(jī)采用推掃模式成像,對(duì)于同一場(chǎng)景只能成像一次,無(wú)法預(yù)判目標(biāo)場(chǎng)景信息,星上自適應(yīng)調(diào)光實(shí)現(xiàn)難度較大。為了實(shí)現(xiàn)線陣TDICCD推掃式航天遙感相機(jī)的星上自適應(yīng)調(diào)光,本文設(shè)計(jì)了基于CMOS傳感器的TDICCD焦平面結(jié)構(gòu),利用CMOS圖像實(shí)現(xiàn)目標(biāo)場(chǎng)景的分析預(yù)判,實(shí)現(xiàn)星上自適應(yīng)調(diào)光。本論文主要完成了以下五個(gè)方面的工作:(1)深入研究了自適應(yīng)調(diào)光原理及常見(jiàn)方法,詳細(xì)分析TDICCD航天遙感相機(jī)的工作原理及成像模型。通過(guò)分析影響自適應(yīng)調(diào)光的因素,提出航天相機(jī)星上自適應(yīng)調(diào)光的關(guān)鍵點(diǎn),最后詳細(xì)介紹了航天遙感相機(jī)成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法;(2)針對(duì)TDICCD無(wú)法預(yù)先獲取目標(biāo)場(chǎng)景圖像的問(wèn)題,提出了一種基于CMOS的TDICCD焦平面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)場(chǎng)景的預(yù)先獲取。利用CMOS獲取的目標(biāo)場(chǎng)景圖像,結(jié)合CMOS的成像模型,實(shí)現(xiàn)航天相機(jī)入瞳處輻照度的計(jì)算,用于調(diào)節(jié)曝光參數(shù)。詳細(xì)分析了目標(biāo)場(chǎng)景圖像功率譜與曝光時(shí)間的關(guān)系,構(gòu)建了一個(gè)曝光時(shí)間評(píng)價(jià)函數(shù)用于確定最佳的曝光時(shí)間。(3)針對(duì)云層對(duì)入瞳處輻照度計(jì)算和圖像功率譜統(tǒng)計(jì)的影響,提出了一種基于CMOS圖像的實(shí)時(shí)云判方法。通過(guò)建立了晴空下航天相機(jī)入瞳處輻照度的模型,獲取晴空條件下航天相機(jī)入瞳處輻照度的理論值,通過(guò)理論值與實(shí)際測(cè)量值的比較,對(duì)CMOS圖像中是否有云進(jìn)行快速的判決;在判決完成后,采用了聚類(lèi)分析的方法對(duì)四個(gè)圖像特征進(jìn)行分類(lèi),完成云圖像的識(shí)別和剔除,提高入瞳輻照度計(jì)算和圖像功率譜統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。(4)以曝光特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了基于“灰度中值”的初步調(diào)光和基于圖像功率譜的精密調(diào)光,推導(dǎo)了考慮積分級(jí)數(shù)和增益的TDICCD調(diào)光公式。提出了一種自適應(yīng)線性拉伸的拉普拉斯圖像增強(qiáng)方法,提升零級(jí)圖像的視覺(jué)效果,防止由低位舍棄造成的圖像信息損失。分析了調(diào)光參數(shù)對(duì)TDICCD航天相機(jī)成像指標(biāo)的影響,確定調(diào)光參數(shù)的約束條件。利用TDICCD圖像對(duì)調(diào)光參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn),提高自適應(yīng)調(diào)光算法的穩(wěn)定性和可靠性。(5)介紹了TDICCD航天相機(jī)的硬件組成,設(shè)計(jì)了基于FPGA的自適應(yīng)調(diào)光的硬件系統(tǒng),對(duì)自適應(yīng)調(diào)光算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文對(duì)航天相機(jī)星上自適應(yīng)調(diào)光算法進(jìn)行了深入研究,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)調(diào)光硬件系統(tǒng),進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)對(duì)本文提出的自適應(yīng)調(diào)光算法進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于不同的目標(biāo)場(chǎng)景,本文算法可有效實(shí)現(xiàn)星上自適應(yīng)調(diào)光的預(yù)期目標(biāo),圖像的質(zhì)量得到了有效的提高,算法的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性能夠滿足工程需求。
[Abstract]:With the rapid development of the space remote sensing technology , the information of remote sensing data is highly valued , and the imaging quality of the space remote sensing camera is the key to accurately acquire the information of remote sensing data . ( 5 ) The hardware composition of the TDICCD space camera is introduced . The self - adaptive dimming algorithm based on FPGA is designed . The adaptive dimming algorithm is verified . The adaptive dimming algorithm is verified by a lot of experiments . The experimental results show that the algorithm can effectively realize the expected target of adaptive dimming on the star . The quality of the image is improved effectively , and the real - time and stability of the algorithm can meet the engineering requirements .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)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】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP751

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本文編號(hào)：1676269