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基于图像序列的SAR舰船目标检测与成像方法研究

基于图像序列的SAR舰船目标检测与成像方法研究

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作者：闫宝国西安电子科技大学

学位级别：硕士

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)因其全天时、全天候和高分辨率成像的特性,在军用和民用领域体现出重要的作用。近年来海洋资源及领海的安全问题日益受到各国重视,SAR在海洋监测与探测方面具有明显优势。地球同步轨道SAR(Ge... 详细信息

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)因其全天时、全天候和高分辨率成像的特性,在军用和民用领域体现出重要的作用。近年来海洋资源及领海的安全问题日益受到各国重视,SAR在海洋监测与探测方面具有明显优势。地球同步轨道SAR(Geosynchronous SAR,GEO SAR)是一种功能强大、覆盖范围广的遥感系统,能够对观测场景和目标实现长时间的波束驻留,适合于舰船检测和跟踪。GEO SAR特有的长合成孔径时间特性(可达百秒量级),使其在目标检测、参数估计、目标成像等方面有别于短合成孔径时间(通常小于1秒)的低轨卫星的处理方法和策略,因此,研究GEO SAR观测背景下的舰船目标检测与舰船目标重聚焦成像方法具有重要意义。主要研究内容如下:1、研究了海面及舰船目标回波仿真与成像的问题。以静止舰船目标回波模型为基础,分析了复杂运动状态下舰船目标的回波模型。从舰船目标的平动与转动两方面出发,对舰船平动和转动的斜距模型进行推导,深入分析斜距模型、多普勒频率参数及回波模型的变化情况及成像性能影响。区别于传统海面仿真的静态统计建模,针对GEO SAR特有的长合成孔径时间(一般远大于海面相干时间),提出在海面相干时间内对海杂波进行动态建模的仿真策略,并利用线性滤波法实现了GEO SAR长时间观测下的海面分段动态建模,这种建模策略兼顾了海杂波统计特性的准确性和海杂波仿真的计算效率,并基于仿真回波指出了运动目标SAR成像面临的问题。2、研究了GEO SAR长合成孔径时间内舰船平动对成像的影响问题。提出了一种基于子孔径图像序列的舰船检测、参数估计与成像聚焦全流程处理框架。首先通过动态海面仿真过程分析了GEO SAR子孔径图像的海杂波统计特性,指出GEO SAR子孔径图像服从K分布的结论,然后对比分析了基于K分布的恒虚警率(constant false alarm rate,CFAR)检测方法和基于IB-CFAR检测方法对GEO SAR子孔径图像序列的舰船目标检测性能。然后,根据舰船目标检测结果,进行平动参数估计。最后根据舰船平动参数估计结果对距离压缩后数据进行平动补偿以实现舰船目标的重聚焦成像。与传统低轨卫星相比,GEO SAR子孔径图像序列为参数估计提供了更多的自由度,因此将基于GEO SAR子孔径图像序列的参数估计结果与基于多普勒偏移的参数估计结果对目标进行重聚焦性能对比,仿真结果验证了本文所采用的全流程处理框架的有效性。3、进一步研究了平动与转动同时存在时的舰船目标成像问题。首先根据SAR成像几何关系,理论推导了舰船转动运动所引起的斜距变化、多普勒频率变化,并采用舰船散射点模型仿真分析了舰船转动运动对成像的影响,随后,提出了一种基于GEO SAR子孔径图像序列的SAR-ISAR舰船重聚焦成像策略,即“子孔径图像序列获取-平动参数估计-平动参数补偿-重聚焦成像”。基于上述策略,结合GEO SAR长合成孔径时间特性,提出了GEO SAR子孔径图像序列逐级提升分辨率的处理策略,仿真实验验证了所提处理策略的正确性和有效性。

关键词：合成孔径雷达舰船目标重聚焦成像图像序列舰船目标检测

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新型聚焦型光场探测技术及应用研究

新型聚焦型光场探测技术及应用研究

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作者：王佳华国防科技大学

学位级别：硕士

光场相机是一种在图像传感器前加入微透镜阵列的新型相机结构,不但能够捕捉空间光线位置信息,还能够捕捉光线方向信息。这一特殊的光学结构,决定了其异于传统相机的新颖功能,例如全聚焦成像、重聚焦成像、多视角成像、合成孔径成像、去... 详细信息

光场相机是一种在图像传感器前加入微透镜阵列的新型相机结构,不但能够捕捉空间光线位置信息,还能够捕捉光线方向信息。这一特殊的光学结构,决定了其异于传统相机的新颖功能,例如全聚焦成像、重聚焦成像、多视角成像、合成孔径成像、去湍流成像、深度估计、波前探测等。对于微距、近景、中景等不同的应用场景,如何突破传统光场相机的结构限制,设计出满足分辨率要求的最佳参数组合,并计算具有真实量纲的点云数据,是本文的研究重点。本文的主要工作如下:一、对比分析了光场相机与传统相机工作原理的异同,详细讨论了光场相机的工作范围和工作精度,提出了全新的四焦距聚焦型光场相机结构并分析了其特点。二、建立了横向分辨率和深度分辨率理论模型,开展了多焦距聚焦型光场相机的结构设计。对于四焦距聚焦型光场相机,使用光线追迹模型,进行了仿真计算,结果表明,理论分析与仿真计算比较吻合。三、讨论了光场相机的解码算法及原理,包括深度估计、计算成像、重聚焦等,同时开展了相应的实验,验证了算法的有效性。四、构建了多焦距聚焦型光场相机的三维畸变模型,给出了完整的光场相机标定流程,利用自研光场相机进行实验验证,结果表明,标定算法精度满足三维点云的重建要求。本文的创新点在于提出了六边形排布的四焦距聚焦型光场相机结构,建立了针对三维分辨率的通用型多焦距结构参数优化模型并编制了参数设计软件,提高了光场相机的设计灵活性,增加了拍摄景深并保持横向分辨率基本不变。

关键词：聚焦型光场相机深度估计计算成像重聚焦成像相机标定分辨率点云计算

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