機載多光譜相機數(shù)據(jù)的高質(zhì)量獲取與處理技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著光譜技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，光譜儀在光譜分辨率，空間分辨率等方面都有了很大的提升。尤其是遙感觀測領(lǐng)域，對光譜數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求越來越高，并且獲取的光譜信息量急劇上升，要滿足某些應(yīng)用需求就必須實現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的高速獲取并且不能損失數(shù)據(jù)質(zhì)量；與此同時，對光譜數(shù)據(jù)的處理也會造成很大的壓力，尤其是在光譜數(shù)據(jù)實時監(jiān)測領(lǐng)域更需要快速脫機化的硬件處理平臺。本文針對無人機載大面陣濾光片陣列型多光譜相機成像數(shù)據(jù)鏈的各重要環(huán)節(jié)進行了深入的研究，為

2、多光譜相機的小型化、低功耗化、高性能化、數(shù)據(jù)實時處理應(yīng)用做出了重要貢獻(xiàn)，使其順利完成飛行試驗，獲得了高質(zhì)量的多光譜數(shù)據(jù)，從而進入批量生產(chǎn)階段。所取得的主要研究成果為：
　　1.建立了濾光片陣列型多光譜相機成像模型，構(gòu)建出了該相機成像鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)；對成像鏈核心——多光譜相機主體完成工程設(shè)計實現(xiàn)，突出其小型化優(yōu)勢。
　　2.首次將低功耗雙穩(wěn)態(tài)機械電子快門作為鏡間快門應(yīng)用于航空大面陣多光譜相機中，結(jié)合對快門各參數(shù)的介紹，分析了該類快

3、門對多光譜數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，進而從機械結(jié)構(gòu)和電子學(xué)驅(qū)動器等方面提出了改進方案，通過室內(nèi)實驗和室外推掃試驗驗證了改進的有效性，原始影像的最大灰度突變由15.05％降低為0.54%，推掃試驗合成偽彩色影像的色差標(biāo)準(zhǔn)差從2.0455降為0.3738，從而增強了目標(biāo)光譜的真實性和一致性，也為后續(xù)多光譜數(shù)據(jù)的處理提供了優(yōu)質(zhì)影像數(shù)據(jù)。
　　3.為消除光學(xué)系統(tǒng)及 CCD探測器造成的成像不均勻，提高多光譜影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，實現(xiàn)光譜定量化探測，本文對濾光

4、片陣列型多光譜相機分別進行了實驗室光譜定標(biāo)、相對輻射定標(biāo)和絕對輻射定標(biāo)，并分析了各標(biāo)定的不確定度；實驗過程中發(fā)現(xiàn)機械快門的不穩(wěn)定性無法消除并對定標(biāo)結(jié)果有較大的影響，因此本文針對該光譜相機的成像特點，提出一種不使用機械快門的實驗室定標(biāo)方法，大大提高了定標(biāo)系數(shù)的精度和穩(wěn)定性。
　　4.搭建機載兩軸穩(wěn)定平臺，并采用改進的 PID和超前-滯后補償控制方法實現(xiàn)了濾光片陣列型多光譜相機的像移補償，通過推掃試驗驗證了平臺和方法可以有效提升多光譜

5、相機的成像質(zhì)量。
　　5.結(jié)合濾光片陣列型多光譜相機原理及數(shù)據(jù)處理特點，使用先配準(zhǔn)后拼接的策略，提高了結(jié)果影像的配準(zhǔn)精度；提出了一種借助自動提取同名點對、同名直線對的多光譜相機數(shù)據(jù)的生成方法，過程主要包括：自動同名特征提取、平差計算幾何變換參數(shù)、多光譜影像配準(zhǔn)與拼接；提出了“視差約束的改進 Hough變換影像匹配方法”，該方法使用金字塔影像匹配策略，頂層金字塔影像通過 SIFT算子進行匹配來提供初始的視差約束條件，其他各層金字塔左

6、右影像利用改進Hough變換影像方法進行匹配，匹配過程中利用上層匹配結(jié)果為當(dāng)前層影像匹配提供視差約束條件，提高了匹配速度及精度。
　　6.對光譜影像目標(biāo)檢測及在線快速并行處理技術(shù)進行了研究。通過對光譜解混匹配方法和異常目標(biāo)檢測方法的對比，驗證了異常目標(biāo)檢測方法更適合在線處理及算法移植；重點研究了 RX檢測算法，并提出一種適合實際工程應(yīng)用的核RX改進算法；通過對RX算法并行特點的研究，搭建了靈活的FPGA+多DSP并行硬件處理架構(gòu)及