基于MultI-scale拼接成像的寬視場高分辨對地觀測系統(tǒng)的研究.pdf

1、寬視場和高分辨一直以來都是成像領(lǐng)域中兩個對立而統(tǒng)一的目標(biāo)。大范圍視場注重觀測目標(biāo)的整體信息，而高圖像分辨率則注重物體的細(xì)節(jié)信息。寬視場高分辨成像系統(tǒng)以其廣闊的觀測視野和目標(biāo)分辨能力在對地觀測領(lǐng)域如無人機對地航拍，地形地貌測繪，農(nóng)作物探測等得到了廣泛的應(yīng)用。
　　傳統(tǒng)的寬視場高分辨成像系統(tǒng)成像方法大致分為兩種，即機械掃描成像和多相機拼接成像技術(shù)。機械掃描方法用成像系統(tǒng)對目標(biāo)視場在時間維度上進(jìn)行掃描存儲，經(jīng)過計算機處理后成像最后輸出一

2、幅完整寬視場高分辨圖像。此方法可通過控制掃描角度和單幅圖像像素值來獲得目標(biāo)視場和分辨率，但是掃描過程存在時間延續(xù)性，因此這種方法僅對靜態(tài)場景有效，不適用于動態(tài)觀測。多相機拼接成像則是通過多個相機的視場疊加來擴大整體觀測視場，每個相機之間存在一定的重疊視場，然后通過視場拼接來獲得整體寬視場圖像。此方法能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)場景的動態(tài)觀測，但是單個相機視場仍然受到傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計畸變的限制，過多的增加光學(xué)系統(tǒng)會提升系統(tǒng)復(fù)雜程度，加大相機光學(xué)參數(shù)的配合難度

3、，同時也會帶來體積和重量上的壓力。
　　本文提出了一種基于Multi-scale成像理論和單中心球鏡的成像方法，克服傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計中邊緣視場光學(xué)畸變的缺陷，獲得大視場的同時保證成像分辨率。系統(tǒng)由兩個完全相同的成像組件上下疊加組成，每個組件包含了一個單中心物鏡和一個多孔徑陣列，每個孔徑對應(yīng)各自的成像視場。以兩個成像組件物鏡中心的連線為軸心，旋轉(zhuǎn)一定的角度來錯開每個孔徑的成像視場并保證一定的視場重疊用于后續(xù)的圖像拼接。這種獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計

4、保證了系統(tǒng)的緊湊型，減小了系統(tǒng)的體積和重量，提高了使用的便捷性，因而擴大了系統(tǒng)在對地航拍領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。
　　本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　1.介紹了寬視場高分辨對地觀測系統(tǒng)的研究背景，發(fā)展現(xiàn)狀，以及幾種典型方法的實例和各自的優(yōu)缺點。由此引出本文提出的成像方法;
　　2.對本文提出的光學(xué)設(shè)計方法做了詳細(xì)的光學(xué)原理描述，并對相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系給出了具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式;對用于圖像拼接的算法做了詳細(xì)闡述;