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面向星载CMOS相机的超时相工作方式研究

遥感学报 2021年第1期25卷 514-525页

作者：李峰杨雪鲁啸天辛蕾鹿明张南中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094 南京大学国际地球系统科学研究所南京210023

随着星载面阵CMOS探测器的广泛使用,使得获取超时相数据成为可能,这为新型对地遥感工作模式带来新的发展机遇。本文不再局限于采用单一技术解决单一技术指标的传统解决问题的方式,系统性地提出一种面向星载面阵CMOS相机的新型成像方式,... 详细信息

随着星载面阵CMOS探测器的广泛使用,使得获取超时相数据成为可能,这为新型对地遥感工作模式带来新的发展机遇。本文不再局限于采用单一技术解决单一技术指标的传统解决问题的方式,系统性地提出一种面向星载面阵CMOS相机的新型成像方式,利用面阵CMOS相机连续快速曝光在极短的时间内获取同一观测区域的超时相序列数据,通过图像重建的方式,实现一揽子的图像质量提升,即同时实现虚拟数字时间延迟积分TDI(Time Delay Integration)、调制传输函数MTF (Modulation Transfer Function)补偿和空间分辨率GSD (Ground Sampling Distance)提升。这种新型成像方式的优点是,可以改善星载光学相机是探测器受限系统的窘境,进而在不改变光学系统的情况下,通过求解一个病态方程,实现对地遥感图像空间分辨率与成像质量的综合提升。基于实验室的靶标仿真实验数据、基于低轨光学遥感卫星OVS-1A、吉林一号视频03卫星和高分四号卫星的真实数据实验结果表明,无论是信噪比,图像清晰度还是空间分辨率都有明显提升。这种新型成像方式已被中国后续某地球同步轨道光学成像卫星所采用,可以预见的是,这种成像方式不仅可以使得在轨卫星发布更高分辨率与更好图像质量的产品,盘活在轨卫星的探测资源;在实现同样空间分辨率与图像质量的前提下,可以有效降低光学相机载荷的体积与重量,进而可以有效降低未来光学卫星的研制成本。

关键词：超时相数据数字时间延迟积分调制传输函数低轨光学遥感卫星

基于边缘增强与光谱特性保持的Pan-sharpening融合模型

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自动化学报 2019年第2期45卷 374-387页

作者：陈超迁孟勇杨平吕罗其祥周则明国防科技大学气象海洋学院南京211101

为生成兼具高光谱质量与高空间质量的融合图像,本文提出了一种新的Pan-sharpening变分融合模型.通过拟合退化后的全色(Panchromatic, Pan)波段图像与低分辨率多光谱(Multispectral, MS)波段图像间的线性关系得到各波段MS图像的权重系数... 详细信息

为生成兼具高光谱质量与高空间质量的融合图像,本文提出了一种新的Pan-sharpening变分融合模型.通过拟合退化后的全色(Panchromatic, Pan)波段图像与低分辨率多光谱(Multispectral, MS)波段图像间的线性关系得到各波段MS图像的权重系数,计算从Pan图像抽取的空间细节;基于全色波段图像的梯度定义加权函数,增强了图像的强梯度边缘并对因噪声而引入的虚假边缘进行了抑制,有效地保持了全色波段图像中目标的几何结构;基于MS波段传感器的调制传输函数定义低通滤波器,自适应地限制注入空间细节的数量,显著降低了融合MS图像的光谱失真;针对Pan-sharpening模型的不适定性问题,引入L1正则化能量项,保证了数值解的稳定性.采用Split Bregman数值方法求解能量泛函的最优解,提高了算法的计算效率.QuickBird、IKONOS和GeoEye-1数据集上的实验结果表明,模型的综合融合性能优于MTF-CON、 AWLP、 SparseFI、TVR和MTF-Variational等算法.

关键词：全色与多光谱图像融合变分方法调制传输函数边缘增强

基于MTF和变分的全色与多光谱图像融合模型

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自动化学报 2015年第2期41卷 342-352页

作者：周雨薇杨平吕陈强孙权森南京理工大学计算机科学与工程学院南京210094 解放军理工大学气象海洋学院南京211101

Pan-sharpening将高分辨率图像全色(Panchromatic,Pan)波段的空间细节注入多光谱(Multispectral,MS)波段,以生成同时具有高光谱和高空间分辨率的多光谱图像.为改善融合效果,需要考虑多光谱和全色波段的调制传输函数(Modulation transfer... 详细信息

Pan-sharpening将高分辨率图像全色(Panchromatic,Pan)波段的空间细节注入多光谱(Multispectral,MS)波段,以生成同时具有高光谱和高空间分辨率的多光谱图像.为改善融合效果,需要考虑多光谱和全色波段的调制传输函数(Modulation transfer function,MTF).本文提出了一个新的基于MTF和变分的Pan-sharpening模型.该模型的能量泛函包括两项,第1项为细节注入项,基于高通滤波器从Pan波段中提取细节信息并注入融合图像;第2项为光谱保真项,基于MTF设计多孔小波的低通滤波器以保持MS波段的多光谱信息.在Quick Bird、IKONOS和Geo Eye数据集上的融合结果表明,该模型可以生成同时具有高空间和高光谱质量的融合图像,融合效果优于AWLP、IHS BT、HPM-CC-PSF、NAWL、快速变分等算法.

关键词：图像融合 Pan-sharpening 调制传输函数变分多孔小波

TDI CMOS图像传感器曝光时间优化方法研究

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光学学报 2015年第2期35卷 26-32页

作者：何春良李斌桥刘振旺徐江涛天津大学电子信息工程学院天津300072

为了提高时间延迟积分互补金属氧化物半导体(TDI CMOS)图像传感器的成像质量,研究了TDI CMOS图像传感器中曝光时间的选取对成像质量的影响。基于行滚筒曝光读出原理,分别分析了曝光时间对信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)的影响机理,根... 详细信息

为了提高时间延迟积分互补金属氧化物半导体(TDI CMOS)图像传感器的成像质量,研究了TDI CMOS图像传感器中曝光时间的选取对成像质量的影响。基于行滚筒曝光读出原理,分别分析了曝光时间对信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)的影响机理,根据分析结果,提出在级数已选定的情况下,曝光时间的选取存在最优值,此时得到的图像质量较好。为验证结论,基于自主研发的TDI CMOS图像传感器芯片及现场可编程门阵列(FPGA)开发板,搭建了TDI CMOS图像传感器成像测试系统。实验中采用MTF×SNR作为评价图像质量的指标,实验结果表明,在选定的相机参数下,积分级数为8级,光强为20 lx时,TDI CMOS图像传感器曝光时间选取64 ms时所得到的图像质量最好,此时MTF×SNR最大。

关键词：探测器时间延迟积分互补金属氧化物半导体图像传感器曝光时间调制传输函数信噪比

TDI-CMOS图像传感器像移降质模型研究

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南开大学学报（自然科学版） 2018年第6期51卷 28-34,47页

作者：徐江涛金伟民聂凯明高志远天津大学微电子学院天津300072

根据TDI-CMOS图像传感器的工作原理和曝光时序,建立了像移作用下传感器的降质模型,并在此基础上,推导了传感器沿轨和跨轨方向线性非正常像移的MTF模型,着重分析了累加级数、行选时间、像素曝光时间和速度同步误差对线性非正常像移MTF的... 详细信息

根据TDI-CMOS图像传感器的工作原理和曝光时序,建立了像移作用下传感器的降质模型,并在此基础上,推导了传感器沿轨和跨轨方向线性非正常像移的MTF模型,着重分析了累加级数、行选时间、像素曝光时间和速度同步误差对线性非正常像移MTF的影响.为更好地分析不同像移形式对成像质量的影响,建立了TDI-CMOS图像传感器动态链路仿真模型,对传感器沿轨和跨轨方向存在线性非正常像移情况进行了仿真,并利用刃边法计算降质图像的MTF值.仿真结果表明,沿轨和跨轨方向线性非正常像移MTF不仅与速度同步误差有关系,还与累加级数、行选时间和像素曝光时间有关系.提出的传感器动态链路仿真模型能够用于仿真不同形式的像移对成像质量的影响.

关键词：像移 TDI-CMOS图像传感器调制传输函数降质模型

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CT的空间分辨力测量技术及测试体模研究

第一军医大学学报 2005年第5期25卷 545-546页

作者：李萍余晓锷杨克柽占杰南方医科大学生物医学工程系广东广州510515

目的采用主观法和客观法测试CT机的空间分辨力,探讨与空间分辨力相关的各项参数。方法采用Catphan500和自制体模对2台CT在不同条件下进行了测试。结果分别得出了线对法和MTF方法下的结果。结论每种测试方法各有优缺点,有多种因素影响CT... 详细信息

目的采用主观法和客观法测试CT机的空间分辨力,探讨与空间分辨力相关的各项参数。方法采用Catphan500和自制体模对2台CT在不同条件下进行了测试。结果分别得出了线对法和MTF方法下的结果。结论每种测试方法各有优缺点,有多种因素影响CT空间分辨力。

关键词：空间分辨力体模调制传输函数主观法

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工业CT中MTF曲线测量的ASTM方法

无损检测 2007年第7期29卷 399-401页

作者：刘力张英平中国科学院高能物理研究所北京100049

介绍了美国ASTM标准中的工业CT的MTF曲线测量方法。用该方法对一台X光工业CT进行了MTF实验测量与计算,获得其MTF曲线,对其中的算法进行了改进并对计算结果进行了讨论。试验结果表明,该方法具有一定优点,可在工业CT整机性能测试时参考使用。

关键词：工业CT ASTM标准调制传输函数

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遥感图像质量分析与评价方法研究

计算机仿真 2012年第9期29卷 266-270页

作者：吕赛李绪志张九星中国科学院光电研究院北京100094 中国科学院研究生院北京100190 中国科学院空间应用工程与技术中心(筹) 北京100094

评价遥感图像质量,由于观测器在轨运行,造成环境噪声干扰,图像配准质量差,直接反映了空间遥感器在轨成像性能,而且对遥感数据的后期融合也有影响。针对传统遥感图像质量评价方法精度不高和通用性差的特点,提出了一种阈值法结合多波段遥... 详细信息

评价遥感图像质量,由于观测器在轨运行,造成环境噪声干扰,图像配准质量差,直接反映了空间遥感器在轨成像性能,而且对遥感数据的后期融合也有影响。针对传统遥感图像质量评价方法精度不高和通用性差的特点,提出了一种阈值法结合多波段遥感影像相关性信息的云含量检测方法,并改进了刃边的MTF参数估计方法,从而提高了评价结果的计算精度,通用性好,便于自动化实现。利用遥感图像进行仿真,结果表明所采用方法能较好的满足应用需求,具有较高实用价值。

关键词：图像质量评价遥感图像云检测调制传输函数

TDI-CMOS成像系统研究与设计及MTF分析

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TDI-CMOS成像系统研究与设计及MTF分析

作者：袁高斌天津大学

学位级别：硕士

传统的线阵图像传感器仅有一行像素感光阵列，通过像素阵列与被拍摄物体的相对运动获得二维的图像信息，应用领域主要在卫星拍摄、无人机航拍、医疗应用和工业机器视觉等，其性能主要于受到光照和运动速度的影响。时间延迟积分型图像传... 详细信息

传统的线阵图像传感器仅有一行像素感光阵列，通过像素阵列与被拍摄物体的相对运动获得二维的图像信息，应用领域主要在卫星拍摄、无人机航拍、医疗应用和工业机器视觉等，其性能主要于受到光照和运动速度的影响。时间延迟积分型图像传感器作为一种面阵结构、线阵输出的图像传感器，实现时间延迟积分累加，更加适合于低照度和高速的成像领域。CMOS技术的功耗低、兼容性强、易集成、抗辐射等特点，使得TDI-CMOS图像传感器的研究正成为新的趋势。本论文主要研究基于时间延迟积分型CMOS图像传感器的光学成像系统，分析CMOS图像传感器及时间延迟积分技术在国内外的发展现状及应用领域，讨论光学成像系统的评价参数，重点分析调制传输函数MTF在成像系统评价参数的重要意义，并详细讨论刀刃法计算调制传输函数的步骤。本文重点研究的内容是基于TDI-CMOS图像传感器成像系统的关键技术，完成成像系统的硬件电路设计与系统软件设计，采用Xilinx Virtex-5片上可编程开发板，自主设计的IP包括图像采集及处理IP、电机运动控制IP等。最后，采用调制传输函数MTF对于系统成像质量作出评价，讨论像素尺寸、累加级数对于成像质量的影响，重点研究速度失配对于调制传输函数的影响。在3lux光强下，累加级数为96级时，成像系统的调制传输函数MTF为0.5，在速度失配分别为2、5、10时，调制传输函数MTF分别下降10%、27%、35%，验证速度失配模型对于图像质量的影响。

关键词：时间延迟积分线阵图像传感器片上可编程系统调制传输函数速度匹配