基于金字塔反射鏡的視場(chǎng)無(wú)縫拼接技術(shù)研究.pdf

1、在遙感成像系統(tǒng)，如衛(wèi)星相機(jī)和航拍相機(jī)中，往往要求系統(tǒng)具有高的地面分辨率以及大的地面覆蓋，這就要求成像系統(tǒng)中圖像傳感器的尺寸大或者說(shuō)像元個(gè)數(shù)多。從現(xiàn)有的技術(shù)來(lái)看，目前的單塊圖像傳感器還不能滿(mǎn)足遙感成像系統(tǒng)的這種大尺寸的要求，因此，圖像傳感器的尺寸已經(jīng)成為限制大視場(chǎng)或高分辨率的遙感成像系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。如何繞過(guò)這個(gè)技術(shù)瓶頸來(lái)實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)的成像系統(tǒng)已經(jīng)成為光學(xué)遙感中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　 本文研究的問(wèn)題就是如何通過(guò)光學(xué)的方法利用現(xiàn)有的

2、常規(guī)圖像傳感器實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)或高分辨率成像系統(tǒng)的目的。為此，本文分析了幾種常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)或高分辨率成像系統(tǒng)的光學(xué)拼接方法，比較了他們之間的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了一種新的光學(xué)拼接方法——基于金字塔反射鏡的無(wú)縫漸暈補(bǔ)償視場(chǎng)拼接。在該方法中，采用具有四個(gè)反射面的金字塔反射鏡將光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)分割成四個(gè)子視場(chǎng)，每個(gè)子視場(chǎng)中的圖像都由一塊常規(guī)的圖像傳感器接收，將這四個(gè)子圖像通過(guò)軟件拼接的方式組合在一起就可以實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)的光學(xué)系統(tǒng)。為解決棱鏡分光引入的漸暈失真

3、現(xiàn)象，本文提出采用子圖像間重疊像素漸暈補(bǔ)償?shù)姆椒?，使系統(tǒng)即能快速成像又能保證輸出圖像具有高信噪比。
　　 本文對(duì)該光學(xué)拼接系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)建模，并以此作為基礎(chǔ)詳細(xì)闡述了光學(xué)拼接系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理、基本特性、漸暈失真現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及利用子圖像間的重疊像素實(shí)現(xiàn)漸暈補(bǔ)償。從信號(hào)處理的角度，分析了漸暈補(bǔ)償法的信噪比，證明漸暈補(bǔ)償法與常規(guī)的漸暈校正法相比具有更高的信噪比。以物理光學(xué)和傅立葉光學(xué)為理論基礎(chǔ)，將光學(xué)系統(tǒng)成像與后續(xù)的圖像處理作為一個(gè)

4、整體的成像過(guò)程，建立了系統(tǒng)成像的理論模型，并分析了棱鏡分光以及漸暈補(bǔ)償法對(duì)系統(tǒng)成像特性的影響。
　　 為了對(duì)本文所提出的光學(xué)拼接方案的進(jìn)行原理驗(yàn)證以及更好的理解其中所涉及到的技術(shù)難點(diǎn)，作者研制了原理樣機(jī)。本文對(duì)該原理樣機(jī)的結(jié)構(gòu)框架以及基于USB控制器和FPGA的圖像獲取解決方案做了詳盡的闡述。
　　 為實(shí)現(xiàn)子圖像的拼合，基于本文提出的基于金字塔反射鏡光學(xué)拼接方案的基本原理，提出了將漸暈補(bǔ)償法、常規(guī)漸暈校正法和基于梯度的拼