凝视成像 地球静止轨道面阵凝视成像系统分时积分抑振技术_18900字

武汉市垃圾处理费征收管理办法 第一条 根据武汉市人民政府《关于统一征收城市生活垃圾处理费的通告》,制定本办法。 第二条 取消现行的生活垃圾收集、运输、处理等有偿服务收费项目,统一征收“城市生活垃圾处理费”。 第三条 2006年12月31日前居民每月每…

激发学生识字兴趣,提高识字效率 一、问题的提出 常言道:“人生识字聪明始”。明清大学者陆世仪也说“读书当先识字。”清人王筠的「教童子法」中更言:“蒙养之时,识字为先,不必遽读书。能识二千字,乃可读。”认为儿童在启蒙时期,不必先急着去读书,能认识了二…

六月国旗下讲话 尊敬的老师,亲爱的同学们。大家早上好! 植树节已经过去,周末的义务劳动也已经结束,在期待中,我们迎来了有一个星期一,一个新的开始,就让我们在这一周中不畏艰难,勇往直前吧! 很荣幸本次升旗仪式由我们初一六班举办,本次升旗活动有主持人赵晓…

第 2 1

卷第 8

 期

 学 精 密工 程

  Ot pic s   a n d Pr e c i sio n En  ign ee ir n  

Vo 1 g.2 l  N . o  8A

ug 2 01 .3

 20 1 3年 8 月

 

文编 章

号 1 0 04 — 2 9 X4( 201 3 0 )8 — 126 9 —1 1  

球 静 止轨 道 阵凝 面 成 视 像系统 分时积 分抑振 技 术

 陶平小  ,罗 霄 ,  栋林薛 (

中国学科 长院光学精密机春械物理  与究所研,吉林 长 1春3 O O 3 3 )

摘要  :针 对地 球 静 止轨 道卫 平 星台 引起其 面阵 凝视成 像 系 的 图统 模像 糊 ,提 基 于 分出时 分积 亚像 融元合 的方 法 来削 弱 平  颤台振 的影响 , 提高 景物 辨 识度 设 计 并。 建 了搭一 维 振动 平 台; 利 高用速 图像 集采系 统 采 不 集 同曝光 时间 下 不 频同率 振 

动 的 列序 图像; 使 用基 于 量 区域能质 心 法 的 相 位 相 关 法 行进亚 元 图 像 配像 准, 计算每帧图 像 对相偏移 量 ;与 一 振 动 维平 

台中 的位 移传 感 器 数 据 进 行对 比 , 得到配准 算法精度优于 0的.1   pi exl 最。 后 ,选 择 短 曝 光序列 图像 清中晰 度 高 较 图  像完成亚的像元融 ,合 与长 光 曝图像相 比 , 其 合 图像 融 清晰度更 高 ,信 噪 比与 长曝光 图像 当 相得 。 的到结 果 验 证了 时 分积

 亚像分元 融合对颤法振糊的抑模制用作。  关 键 :词 地球静轨道 止 ; 感遥 图 ; 像振 动抑;制图像 准 ; 图像配 合 

文融标献码 :识A   d o i: 0 . 137 8 8 / O P . 2 0 E13 1 2 80. 2 16 9  

图中分类 号 :T 7P 51 . 1

 

iV br a t i o n s u p p ers s io n b  as ed o  n  mu lt i pl e   it eng ra ti o n f   r  os t ar i g n  i mag i ng   s y ste m  n i  g e so t a ito n ar y   o ri tb

TA O  i Xao —p ngi  LU,O X a o,XUiE Do ng —l i n

Fi  ne  M (C h an c ghu n   n s I ti ut te  of  O p t ic s , 

c ahni c s  an d  Pys i h c,s 

C hang hc u  n 13 0 0 3 3,Ch i n )a  C   ihn e se   cA a de my   o  

fS cie nc s e  

*C0r 厂   0 72     g a tuh r,oE m- ail : Ta o X Pqq @ mg i la. co m 

bAs t ra c t :Ac c or d i n g  to t  h  e ima g e bl  r s  u ca u s e d  b y  p la tf o m rv ib rat i n   i o   n  as a rti ng  i m ga ni   gs y ste m  i n  t e  hg eo s t a i o nat yr  o r b i ta, v  ir b ta i no   su pp r es s i o  nme t h o d  b a e s d on    um l ti p l  ei n teg r a it o  nwa s  p ro psoe d t  o  e —

l   mi in t a e   h e t m to io  nb l u r   d e g r ad ta io n. A 1   D v ibr a ti o  np l t afo r m   w t hi  a   hi h g—s e ep d  CM OS   ia mge  ca p tu —  

r in g s  syt e mw as   bu il t  to   c ol le ct   i ma g e  s equ e c e ns w i t   dh fi fe r etn v   ib r ati o n   f re qeu n ci s e  ndue r  dif ef e nt r   xe op urse   c o nd ti oin .Nes xt   a  pa h se  c r roe l a i tno  m eth od   b a se d on   teh   een g ry a r   a   cee nt e r wa s   rp oo s p d e t   oc l c au l a te  t eh  re l tai ve d  ri f t o f   e a h  ci am e   g ni  s b u p — xe i sl .Th e n,h Te s ub — p ix e l   d i slpa c e emn t   s e b wte ne  hte  dif f e r e n t   f r a me s e   st im at e d   b y  im ag e   r geis t r t i o a n  a lgor it h m w er e c o  m par d e wi t   t heh  mot i o  n d at a  m ae s   —ur e d   yb  t h e d i sp l a c em e t

n  se nso r,w hi c h   p ov er d  th a  t t he   a lo rgi t mh p r e ci iso n   wa s   be t t er   t h a n  0.1  p i x—   e s . lu F r h ter more, s v e er a  s ha rl p s t  seh o t r —e px s uo r e f  r am s  we er e c ho esn   f o  r s ub — pi xel   i am g e f u s io n. 

om a p erd   w ith  l on g — x pe os u r e  i a m e g ,sth e  m t o oin  b lu r  in   t he  f u s ion   i mag e   h a  s b e e n  e w ake n e d .I t h  as   p r v e o   t d a h  tt eh  e t mh o d  o f  u m t lip l e   i n et gr at i on a  n d  s u b—p ix el i  m g e a   u sfi on  i s  su i a tbl e   fo r  t he   vi b r a t i o n s u p r p s se io n  o f  s atr in g i ma g i gn   s y tse ms  i  nt he   e go st a tio na r y   r obi t .

  收 稿期日 : 2 1 30 —0 2 — 25 ;修 订 日 期: 0 123 — 0 3 — 1 4 .  

金基项 : 目国家自然 科 学 基 金 重 点 项目( oN .6 1 0 3 60 1 5 )  

光学

  Ke

凝视成像 地球静止轨道面阵凝视成像系统分时积分抑振技术_18900字

 y 

精 密 工 程

12 卷  

  O

 

rS 

 

要需 更 的曝长 光 间时能 方取获 具有 足够信 噪 比的 

 引  言

O  e  t

 S 

 o 

像 因此, 曝光 时 间的内 振动 制控更为重要  ]。

 了除 卫 的低 频 星姿漂态 移 太, 阳帆板 的振 ,  

动o

 

n 

 r 

近年 , 卫来 对 地 观星测 技 术在全 气 球 与候自  

n 

调 姿动发 机动及 轮 的姿态 调量 整和 振都动会对 成  像 系统 质像 造 成一 影 定[ 响 。   。为 保了证 振由

 引起 的系 统动 TM影F响 因子 在0 .9 以上 5, 一般 

  O害灾 测监, 冰海 与海岸 线变更 监测, 、农林、 渔业  

 

 y

资源

监管 ,城 市 规 划 国,安防全 方等面 日益 显凸 出   重 要指的作 用导, 在全 球 民 用与 军事 域领 引 了

起 

 

rb

 

 

e 为认 线性运动 时 目, 像标在 像 成 感 传器上 的 对  相 位不移应 超 过 0.3   p i xe l;而在随 振机时 , 相动对   位移不 应超 过 0 . 1   pi x e l l   。4 以eG o —O uc l u为 

s例,0 . 1   pi x el的振 动 制 精 度 相 控 当于 92  n r d ,a这  一

 高 m O度重 视 , 世 各 界国 相 发展 本 竞 的国 地对 测 系观 

。e 国美 俄、 斯罗 、法 国等发 达国 稳 家居感 观测 遥  S 

e 

的优势 地位

,受政府 支持的 各 大 流 商主业 星卫 

S公 

 

nn

 

  g司纷 推出了 0 . 5纷  m地 面 分 辨 的太 率 同阳 轨 步

求 甚至高 迄于 今止 在轨航 天器 为制中造精 度

   a  道 m成 卫像 ,星而 以列色、 印度 、日本、 韩 也国 相拥 继g

 e

 有

了地面 分 辨率 优于   m 1量级 的像成卫 星 低, 轨

V    b  高分辨率 卫 星的研发 竞 争日趋激烈 。 此除以外 , 

r  

高 的哈 望勃 远镜 , 其 指 向 制控精 为度 3   4nr da[ s] 。 而达 到要高 度 的 姿 态精 和 振动控 , 制首  需先要高 精 度 的 动振 测 设 备 探。美国   m 4 间 空

远望镜 使 用 所的性 惯伪星 考单参元 可 以在 0 .1 ~

a 

 拥有 对

同一 区 域行 连续进 测能 观 的力球静地止 轨  O 道 卫星 测观系统 也备 受关 注 。而 36   0 00  km 轨  的U

S 

  

3 n 0 0  H 频z段 内达到 2 O   rna 的d 测 探精度 , 在 ~0 0   . 1  Hz 段频 则 内用使 度优精 于2 O  n r ad的精跟 踪  和精 仪度 优 5于   nr a d 四 的 限 探 测象器 ;日本 A LOs 卫采用 星的磁 流 动体力 学 ma( ng e o ht d ryo —  d yn a m ic ,MH D 传感 器) 实现 1 ~1可  0 0 0  Hz 带频 内5 0   r a d的n 探测精  度¨ 而;欧 空局 J a n c hse 研k   小究 的组光 联学合 关 相 则器在 5 0  0Hz探 测速  率下到了 达0. 05  p i xe l l  l 。   的 探测 精度 然。而 ,国

内  无尚法获 此类取 精高 度探测 设备。  在 前目 硬的件 技 水 术平基 上 础, 为 了抑 制 曝 

高p  度 使, 得 地 球静止轨 道 卫星平 台一方 具面备  r

 

p e 

S S

 大 宽幅的天 然优 势, 另一 方 也 限面 制 了 地 其 面  辨分 n率  的 提升, 因

此 更 多的 用被 气 于观 象测 和 通 讯 应用 方面  不。 过, 着随 卫平星 台及各 项 载 性荷 

  m 

a 

O r

 

g能 e  的不 提断 高, 分 高 率 辨的 地球 静轨止道 卫 星的

 研

发也逐 渐 提上 日   程 。 欧 ] 局空 在 正研发   g 的

e 

G  eo— c uO l U S星 星下卫 地点 面辨分率 可达 1 . 05 m ,  r

 

  

aS

 O其 主 要 任是务 监视 洲 欧自灾 害然, 海岸线 变更 , 

海水水 质, 藻海 布等分 情况 【,  其计划为 洲非研制 的 

  mAf ri c a G—e s a to l卫星星 下点 地 分 面辨 率也达 了到 

 n

时间内平 振台 引 动起 的图 模 糊像 ,本 提文出了

  基分 于时 分积亚像 元 合 融方 的来法 削平 台颤弱   的振 影 响 提, 高 景 物成像 清 晰度 设 计。了 偏 心 轮加  轨 结构 的导维 振动 一平台来 模拟卫星 平 不台同频

 

2   m5。 另 外,印度 也 提 出了 05   m分 辨率 的 地 球静

止 轨 道卫星 GE O— H R  I AM EGR 的发 展 规划 。  

要获 得高

分辨 率 遥的感 图 像,除 了 学 光荷 载

率 的动振 , 用 利高 速像 采 集 系 图采 统集 同不 曝光   时的 间图 像 序 列, 通过 对 帧 短多 曝光 图像 进 亚  像元行 像图 配准 口  计 算帧 间偏 移 , 结 量显果 探 示测 精 度 约 为0 .1  p ix e l l 1 ] 。然 后 , 对 像 元 亚的 偏移

 

本身的 计设之外 , 卫 平 台本 星身的姿 态 稳 定也 至  关重要 在, 成像系统 曝 光 期周内 的 平振台动将  会导 致图像模糊 。 由 地球于静 止轨 卫 道与地星 面 

保相对 “ 静 持” 的止特征 , 其 对 地 观测系 统 多采用 面

阵凝 视 像成而 非低轨 太 阳 步同 道卫 星所 轨用常   的线 阵级 多描成 像扫, 积 分 时间相对增 。长另 外 , 因其对 气 大, 海洋、 陆 等地互 相作 关 用系的研究 务  模任式, 地 球 止 轨静 道 卫星 对地 观 测 统系 的工作   段谱 覆盖紫 外 、可 、 见近红 、 外短 波红 和外 红 远外区

 进 行补量偿 融合 ,和 得到 信 噪与比长 曝 光 像图相  , 当清 晰但 更高度 融 合图的像 ,验证 分了 时积分 法 

制抑 颤 振平 台用 应可 行的性 。 

2 分 时 积分 法原 理 简 介在

不 增加额 外 的高 度 精 硬 件探 测 控 制与设 

域。

多谱 段成 的像性 使特得 些某 能 较量 的谱弱 段

 8第期  

陶平 , 小等: 球地静 止 轨 面阵道凝视成 像 系统 分 时 积分 抑振技术

 情形, 本 文提 出用 种子生 长法 搜 索 峰值 附 近 外最

备, 并 保持 成像 系统具有 继性承 的前提下 , 文本  利

用 缩

短 曝光时 的多帧 间像图进行 亚 像元配 准 融 和

合的 方法来削 弱 台平 动振 的影 响 。考 虑 到于由曝   光时间 缩短使 采 得 集序的列图 会存 在像平均亮 度

围 的像 素能 量衰 为减 主 0 .峰1  9 / 6 的 区 代域 替 普通

的峰值  置位的 4连 域通或 8连 通域 , 然 后 在该区  域采中用 质 心来估 计 法像 亚 素偏的移量 , 中其,质

 心算 法 表达 :  为

低降 信、噪 比( Si g n a l — t o —o N i e   R as ti o , S R) N 降  等 低问 题 ,在先 期的仿 真 究 研中提出 了 基 于 能 量 区 域 质心 法

的相 位 相 关 法 口  进 图行 帧 像间偏移 量  探 测该方。法 利用 参 考像 图被与 图测像 互相 关的 频 谱 到 相找 峰 之 关间 的 距 , 离 从确而 定像图 间的  相 偏移量对, 对 其场景 光 变化照不 敏 感 , 对 声、噪 少 量 云 层遮 挡等 干扰也 有 明 显 抑 制 作用 。文献

 ∑ _M  ∑ ̄ - l ( x  Y )

。   ∑  厶 i:  J1 ∑ N  —   1  I ( x i, i   )  

∑M

=  ∑  NY   I( x   )Y’   5()   M∑ I  】 ∑N   一 ,1 I   x(i   ,  Y j)

式 中 ,,M 为N质心 计 算域区的长 和 宽。 计  算 亚出 元 像级 的偏 移 量后, 即 可按 定 预的  精度进行 归整 处 理化 偏( 量移与 k相 乘 取后 整 ) ,   后进然 行 倍 k插 值的 采上样 ,在 整 元像偏 量 移的 大 度 尺图像上完 成 平 移 配 准 补 偿 各,帧 间 的之随  机 偏 移 , 进行 再倍 积分 k采 下 样回原 到像 图尺度 , 多 帧融 之 后 合即 得 到清 晰度 善 , 信 噪改 亦 满比足  应 用 求需 图的 。像 

E 1 8

2 中仿 的真实 验 结 果 表 明,对 城 市于 海滨、、 林 

地、 沙漠等各 类 典 型遥 感图 像, 当信 噪 比 5从5   B d  至降1 5   dB ,而 配 准 算 精 度法并 未 降下。 探 出 

测偏的移 量 估 计 偏差 值均均 优 0 于 .1  pi xe l , 满足 卫 

平 星台 振探测动需 求其。具 思体路如 下 :

 假 设

动振过 程中的 当前 图 J   (  ,  像)与 考 参

像 J图  (,  ) 的 相 偏对 移 量为  。 , 。 Y 则,有:   J

(2  , ) J=1 (   —0, —  o Y).  ( 1 ) 

帧融 合多

图像 的像质 了除受 到图 像准配算法  的精 度 、 偏 量 移规整的化 处理 以, 及像图上 、下采  样 插值算 法的保 真 度 等 方面 影 的之 外响, 帧 单图  像的清 度 晰是也关键 素因 之一 曝光。 时 内运间动 速 度大 位,移大 则 模 程 糊 大度 ,之则反小 ,如第 4   节 以正 中弦运 动 为 例 的运动 峰 值 处 和运 动 中值 

处 ,此因可 利以用 均值 偏 (差 e aM n —S q a u er— Er r o r,

 根

傅 里 叶变 据换平 移定 , 可理知 像 在 空图 域  的平中 移 在傅里 叶 换变域 上 呈 现 出 相 将位 的变 

: 化

F2   “(  ,)一 F 1( “ ,  ) e p (x i一 (U ,T o v+ y ) ) 0. 2 () 

此因两 平移 像 的归 图一 互相 关功 化谱率表  

达为 式  

Co:   …   =  =

MSE ), 灰 平 均度 梯度 (rG ay   Me an   Gr a i d ent ,  

MGG ) 或最,熵 ( L大 a g e s tr  En t r o py, L ) 等 算E 法 e

x ( p一i (u xo+ v oy ).)   ( 3)

 自动选

短择 曝光序列 图 像中 晰度清较 高 图的像进 行  合融以 最使终像 更 质 。好 

式( 从 )3中可 以 看出归一 化 相互关 仅 与平  移 量谱 。, 。Y有关 ,找 到 互 关 相 的谱 大 值最所 在  位置

即 可得 到 偏移 量 31 2。 , 。 。而Y且 注 到意相 位 e xp 

3  分时 积 法颤 分振抑 实制验 平台

图 像面 阵凝视 像成 统 系的分 时 分法积 振颤  抑

( 一i (

  。v+y 。 ) ) 的傅里 叶逆 变 换是 平移的

D i irc h le t脉 冲 函数 , 脉 冲 偏 位 置移 为即平 移量  L

T0

' y: o

制实 验平 台主 要包 括 振仿 真 动系和 图像统 采集系  统。 由于振 动仿真 统系只 用于分是 积时分图像 采   集和 亚 元像配 准融合 方法验 证 的辅 助设备 卫,星

  4() 

F (e px 一( i u x(o v y + o) ) =8)( , r x 0 ,  ~ -).  

若 平

移量  。 Y,。是 整 数值, 那 么 散离的 脉 冲 

函数 极 大值所 处位的置  - r 和 Y 即   。和 Y 为 。  

。过 不平 振台动 的实 际 应用中亚 像 的元偏移 更 常 

平台 应用 无需 该中 设 的备参与 ,因此 将 其 简 化 为 

振动 如。图 1 所示 , 该系 统 由伺是服 电机 带  动偏双心 轮沿导轨 作 维一 正 弦运 动, 振动 分部上 

于,是 ,

为 在了 脉 峰值冲区域 进 更行 确 的准亚像  元 位定 ,同 时 为更了 好 地适 应脉冲峰 不 值对称 的 

装 了 4 00 m m×3 0 0 mm 薄铝板, 用 于放 置目标

 图像

,从而 拟模物 面 的 右 振左动 调 整。 机 参电数 

光学

密工 程 

2 第1卷  

可实 0现. 1 ~ O   Hz5的频率 化 变,而 通 调过 整2 个

 心 偏轮 之 间的 角 可 夹以实 现 意 0任 2 ~ mm  振 幅 

程 为 3 mm ,分辨率 为 0 . 2/1, m, 线性 精度达  

1 5./x m ,高 最采样频率 为 2   kHz 。  

弦正 振动 。 在 设计 中为 避 了免 滚动 轴承的 间  ,隙 减小 振动台 运动 程过中 生 的产动振 冲击 ,采用

了 柔 拉性 机杆构 , 该 机 构 中的 性 柔环节 以可生产 偏  轴 心拉所 杆 的 微量 需 摆角, 同 时 保 证 在 受了力  方 向的 度 ,刚 实无现 间 隙 的 运行 。

 图

采像集 统系包 括德 国 S c n he i d er公司 X EN  —O

N — E M E RA L D  2 2. / 50 m m 定 焦的 头 镜 M和 kir o —  t r o公n司 的 MC 1 3 60高 速 CMO 成 像 传S 感 器 ,  

Mc( )s 探器分 辨率为 测1  8 02 1×   2 0 4, 元尺 寸 为像

 1 肚 4×1m4 J/ _,m 最采高 频样为率1 1 0 f r  am e s /。  验 时实 用使直流 L ED 阵列 照 光明源 一, 维 

振动 平

置台于 图 像采集 统系前 约 0 . 8  m离距 处 定 , 镜焦 头焦距 为 0 5 m m, 么成 那像系 统放 的大倍率  约为

1 /1 6 0,. 1 p  ix e 转换到l物 面为 即2 2 .4   m 。

 位 移传 感器精

度 高 于该 数 据一个数 量 , 级此 因能

  满够 足动振数 据监测的 要 需。 

4  实 验 分 析  

4 . 1 成像与系统 放 大 率 倍标定

  ( )a 维 振一 动平 台俯视 图 

(a ) Top   i v e  o w f o n e -di men s io n la  v i rba t i no  p l a fto r m  

按 照第3 节 所 述建 搭实 验路 , 开启 光LE D直  流光

源 调, 整光 源亮的 、度 镜头光 圈 相机 的及 曝 光时间 直, 采集 到全至视场 均 照 明匀、 亮 适 度 中的 图

伺服 机电 联轴节  轴承 

。于由 验平 实台采 用物是面振 动 方的 法模 拟成 

像 系统颤振 , 位 移 传 感 器 测探 也 是 的物面 振 动 数 据,  因此还 需计算 系统放 大 倍 率来确 定 物

面 偏面 移 量的转 关换 系。  

理 上 ,论从 几何 学 成光像 关 出发 系 , 据根物距  

 

偏像 心构 机

像距即可计 算 成像 系统 的 放大 倍 率 , 过 不于由 

零 

无 法 确定使 用 的所 业 镜商头 的主 面位置 , 因此 也  无 法 到得物 距、 像距的准 估计 确,进 而 不 满能 足像 面微  量米 偏级 估移计精 的度 要 。求于是 考虑 已对 

b ) 驱动 机 构 意 图示 (

b )cS h ema dic  d a igra m  o f  d i vri n g   em cha n s im 

知物 理距离的 对 成点 像 , 再 用利质 心法计 算 图像 中点对  置位 和相对 距 离 , 从 而以 高 物和 高来像确

 图1   一 振维动 平 台示意 图

 i Fg. 1 S hce ma di c   di ga a m  ro  f o en d— ie msni ona l  v i b ar   ti on   pl at f r o m

定统 系放 倍大 率 ,具体方 法如 下:

在 物 面 置 放状点目 标图板 , 如 图 2示所 , 左  至自 右 ,上由下 两 点 A  一B 。, A   B 一  A。, B一 。 , A

  装置 一侧的 还设 计了 位移 传 感 器 固 定接口,   此处 置位移放传 感 器 可测监 标目 图像面 板的 实际   动振偏移 量, 通 过 采与集 图像 序 列 计算 出偏的移 数 据 进 对行 比 来, 验 图证 像配算准法 的计 算精度 。   实验 选中 择 M了ic ro —Ep s i l no公司 p tOo N C T非  接D式 位移触 感 器传, I FS 2  4 0 1 3—探 头,其 最 大 测 量

  B A ,  一 B 组成 的5组 点 对 , 其物 理距 离 别分 

为 20 3,0 , 0 4,5 O , 6 0 mm 采。集 图该板 图 像 ,按  组 搜 各点索状 目 所标 在 区 域 利,用质 心法 确 精定  

各点位 置位。各 点坐 及标 相对距 离 如 表所1 , 示其 中 图 像 集 采系 所 使 用统 CM OS像元 尺 为寸 14

/ , m×1 4 m“ 。  

第8 期 

小陶平 , 等 地: 静球 止 轨 面道阵凝 视成 系统分像时 积 分 抑 技术振

表  1放大 倍 率 标 数 据 定

续采 集

3 0 f  r am e静 态 像 。图 对3 0  f a rm静 态 e 图 像 行进 像图 配准运算 , 移偏曲线如 图3 示所 ,其   中 ‘_ X 曲’线表 示 X方向 ( 即直 光 轴垂 面 平水 内平 方 向 )偏 量 移 ,‘一 + 曲线’ 表 示方 向 y( 垂即直 光 轴  平 面内竖直方 向 ) 的 偏 量移, 可 以看偏 移 到

量计 

T算a b.1   aCl i b ra i ton d  t aa  o f m ag n if cia t oi  no f  i ag m i ng s  y s te m

 

20

1 2( .6O 3, 47 9 .5 )( 2 1 6 . 6, 407 . 9 8)  

值均

于 0 . 小 0 01 p i  xe l 。也 就 是 说, 对于 静 图止 

0 (310 3 0.5,1 8 .972) (36 .29 , 168 4. 0 5  )

序 ,列 图 像配准 算 法 计 精 算 度满足 仿 真 实验 中 优于

O . 1  pi xe l 的 期 。  预

5  O

 4

05

06

7(8 .95 ,3 16 . 9 3 ) (25 8 . 9 5 , 31 8. O 0)

  5 5. 9(3 4 5,1.9 5) 28 (.09 , 47 53. O0)   (3 .3 5, 9 8 75. 60 ( )03 . 40, 8 858. 8)0 

n 

3  O 

4 . 3 不 同动振输 入 连 的 续 图像 集 、采配准 。验证   算精法度

 叫  /

}(

(l

l (

 

/ 

  

表 中 以可看出 , 1   0m 物 面 距m 离大 约 对  应5  

6  5  5   5  

开启一

维动振台及 位移 感传器 , 物 面目 标沿  平 方 水导向轨 始开作 正 弦运 动 , 图4展 示了 移 

位传 感 所探器测 的约 2个 周 期 的 物 面振 动 情 况,  中 心划 线表 示 正弦点 运 的 中点 动 置位。从 中图可以  

像面

45   ip xel ,除 了第 组 二3 0  m 距m离 点 对 相  对

6     12     5  O

8  

6  

  8     8O   7  7

 8

6 

  它 其组几数据 有 一个 像 元偏 差 外, 其 它 各组 数  据

吻 合很好 ,各取 放组大倍 值率计 均值算 , 可得 系统

放 大倍  率B et 为 1 /a( 1 5 8.9 5)≈ 0. 0 6 。  3

出, 线曲的 最大值 为 1  7 8 2. 8 肛m , 最 值 小为 1

5 8 9/._ t m, 因 此 物面正 弦运 的振 幅动实际 约 1  为

7 8

2 .8—1 85. 94 —1   263 .   m。按9照 大放 率倍标  定 实 中验的标 定数系 B e at 将 物 面振,动 振幅 算 换

到像面 , 为则:  (

 D一 D   i  )×Be t a   P

1 4

“m  

≈ 73 . p i x e.1 ( 6)   

2 放图大 倍 率 标定 点 状目标 组 

Fi g 2.  Po i n t - p a i r  t r age t   g r o

u p   for   a m gn i f cia t i o n c a l i br a ti o n

式 ,中D   D… 分和 表别 示 动振 位 探移测 值 的最

 大 和值最小 值 P, 是成 传像感器 像 元尺 。  

寸4. 2 静 止像图 连 续 多 帧集采 、 配。准验 证算 精法 度

 

将 物面 状点目 标图 板 换为 普 通 遥感图 , 调  整像 光曝 时为 1间6  sm, 在 0   f6 a re m/s 帧 速 率下连 

D tee c t io  n smp a el 

4 位 移 传 器 感数 据 

i g F4 .  V ib r a it no  d ete ct i o n   cur v e   of   di spl c e mae nt  s en sor  

ma ge  s a m pl /ef r mae 

以5

 Hz和 1 0 Hz 动振 频 率例 为 ,样在 1 6 同 

m s曝光时间 内 , 0 6  fr a me / s 下续 连集 3采   f0 ra em 

图 3振 动 台 止静时 所,集采 的续 3连 0  f a mre的 图像  配准 移偏曲  

F线 ig.  3 eRgi s tr a tio n   c r vues of    3O   s t il l i m ag e s w he n  v i  —

图像

对 图,像序 列 进 行 准配, 计算各 帧相对 偏 移

量 , 偏移 曲 线 别 分 图如5 ( a)和 图 5( b) 所 示 其  中‘ 。X ’一曲线 表 示 X 方 向 移 量 偏 , 一‘ +’ 线曲表 

b r a

t i o n p la t f o r   i ms  s to p p e d 

间 内学 的 偏移 更大量, 图 的像 模程 糊度也越 大。

 精

密 程 

工2第1 卷

 曲 线峰 值 位 置 谷 图的像 清晰 度 也 高都 于 值中位 

, 置与观 主评价 结果 一致。  

以灰度平 均 梯 度 法(GM G 评 ) 图价像 序列 的 清 晰度  ,其 定如义 下: 

同样

对 1 ,  1 ms光曝时间 像图 序 列 计算清 晰

 。 M_ 1~一 1

 G

M G一 丽【  _  ×

^   √  2    。

7 )( 

度 线曲 , 图8 (如 b) 示所 。意 到注此时 GM的G 值  整体都小 于 16  m曝光 s ,时这 由是 1于1  m 曝s  

光像图 平均 灰 为度 73 8 5. , 低远于 1 6  m图s像  

的 1 l 3 9 . 7 故 ,梯 也度较 之 更 , 小 照这按 个 灰度 例比 ,  11  ms 光曝图像 的MGG值 其 实 是高 于 16 m  s  的,与 短时曝 光 图 像 晰 清 高度于 曝长光 像图 的

事 

实相 符  。 4 .5 短 曝 图像 光亚 像元融 合 

中式, 、MN 分别 为 图像的长和 宽 。 于对 相同 均 

平灰 的度 同一目 标图 ,像G M 值G越 大 图像, 清 晰度 

高 越1 。   ms6光曝 时间 时图 像序 列 的 GM 曲线G 如 图8 ( a )所 示 ‘ 一,X ’ 曲和线‘一+’ 曲线 分 别表  5示  H 和 1 z0  Hz振 动输 入 , 可 以看 到 5 H 图像z 序列  清度晰均 于高1 0  H 图z像 列序, 而正 弦 动 运

计已 算 图出 像序列 的清 度晰 相 对和 移偏 量 ,  可选即 其 择中清 度 晰 较高 图的像 (如 弦 运正动 峰

 值

图像) 进 亚行 像 融元 合 。 验实 选 择 中 .02   p i x e l  精

度对 亚 像 偏 移元 量 进规行 整 处 化 , 理使用 立 方 

值法 进插 行5倍 插值 , 在得 到的大 尺度 图像 上完

  整成 像元 偏移量 的 配准补偿 , 然 后 积 分 样采 到 回原 像 图尺 度 , 多融 合 得 到帧 消长 曝除光运 动 模 糊   的像 图。 9图是 帧 多曝 光融合 短像 与图长曝光 图

 像的 对 :比 于由5  zH振 时 动16  ms长 光曝图像 本 身 清 晰 度与1 1   m s时 差 相 小 ,很 此 多 因帧l l ms 

 短曝

光合 图像 并融 未示 显出 时积 分法分的优 势,   而 在1 0  H z振 动 输 时入, 1 6 m s长 曝 的模 糊 光图  像与 l1   I l l 短s 光曝 合融图 像的区 别就 较 明为 显 ,

  (a) 曝光 时 为间 16   s 时m 的图 像 序 列清 晰 度 曲线

  a) Sh ar (n e p s   s cur v e   o f i m age  s e q eu nc e   wi t h   ep xo su r e  t mei   o f 1 6  m s

 

清晰度提 高 , 更 合人符 观察眼 与读 判要的 求。  在卫 平星台 应用中 , 短 曝 光 时 间 图像 和帧数

 的选 择 需根 据轨 还道工况 ,平 台 态 , 姿 像 成统系光

 能 收集与 转换 效 率 成,像 传 器感 光谱响应 动态 范  、围与 信 噪 比, 上星存储 与传 输能 , 力路电 时瞬率功  热控与等 因素 行 综进 的权衡合。 实的平 台际颤 振并 非规则 的正 弦 运动 , 而是 种多 率 频、 幅振随 机扰 动 的叠 加 , 采 集 到 相 的 对短时 间 曝光的 图像也 很  难 确 定运 是 曲线 的 动值 或峰 中 值 不,过 这 并 不  响利影 清用 晰 度评 价算 法 对 “清高晰度 ”像 图 的选  取另外 , 在。实验 中为方便 展示 运 动线 , 曲采 图 

像时 采用 了 O6  f

r mae/ 高s速 连 采 续集模 式,然   而在 卫平星 台应 用 时, 超 大 画幅 的 海量 数 据读 取 与 

( b ) 光曝 时间 为l  1ms 时 图, 序像列 清 晰 度曲线

( b) Sh ar p ne s s   cu r ev of  i ma g  e  se q ue nc e  w i h  t exp o s r eu

 存

储 并不 允许这样 高的 速 连续采 集 , 过 由 不于 地球 静 轨止 的道“相 凝视对 ” 特 性 可 以, 间隔一定 时  间后 再 行进 一下帧 像图 采 的 集, 以此 到得短 曝光 图  序列像 。此因本实 验 已经能够 验证 时分积 分 

亚 i mte  fo  1 1  ms  

8  图像序 清 列 度 曲晰线 F i

g. 8   h a Sr pn e s s  cu r v e s  of  i ma e  g e qs ue n c e  

配元准融合 在 卫星 平法 台 用 的应行 可 。 性

 需 要额外 予关以注 是 的 多,帧图 像 采集所  

7 81 

光学

精 工密 程

 星平 台实的施 提 了应用供 基础 。  3

56,   0  i 0 一  0    ff .

 第

12  卷

相 对曝 光 长图 像清 晰度的提 升 ,为 方该 法在  

卫参

考文献 : [

1]   郭玲华 ,邓 峥 陶,家生 等,. 国 地 球外 同 轨 步 遥道感   卫星发初展步研 究 [ J ] .航 天返 回遥 感与 ,20 1 0 6  

,( 1)32, 3 3— .0  

9 ][王运 , 颜 昌 翔 光 谱.仪 图 像的亚 素配像 [准 ] .J 学 

精光密程, 2工0 12 ,20( 3 ) : 6 61— 6 6 7 .

  AWN G ,YYAN  H  XC. Sub — p i x el   i m ag e r e g s i tr a—  

i no   o f s p e c tro m te re   im g ea s   ' J1 ] . pO .t Pr e c sii o n  E

ng. 2,0 1 2 2, O ( ) : 366 1 — 66 7 . (i n C hi n e s e )

G U )L  (H ,D NG  ZE ,HT0A J    S H  ,口 Z ..P rel i — m

  i an yr   e r sea r hc o n     d v ee o plm net   o f   fo r ie g  nG 0E r —e  

[ 1 0

王]少 .游 地球 静 轨 止 区域 道 视凝光 学系 统 成 性 像 分能析[ D . 哈尔] : 滨 尔 哈滨工 业 学 硕大士 学 位 论

 文,2 0 0 9 .  

mo et  s e n s i n g   s a

t lel i te [ s J].S p a c e c r a  ft   R eco v er y& Re

om te   S e n s n gi,2 0 0,6 ( 3 1 )1,2 3 — 3 0 . ( n i  hCi n es e) 

23  

VAI

L0L NL S C, HUL  L U KN I, G G T E, d甜Z .   G.EO OCU—I   U S:H i gh   e sro u l it o  mnu l i — s pte ct r al   a re t  ih a gm ing  m s is io n   f or  gme so at t io na r y  or bi t

 

ANWG  H S Y. 

na lay s is  o  fi m agi gn  q u a li t y 

o f

 t h   e p o itc a l s y  st m e   ni g e o t ast i ona r   oyr b i [tD] .  H

ar b i n  nIst i t tu e  o fTe c  nolh og y 2 , 009. i ( nChi   —

  e sne )  

[ c] .I n t e rn a t io n al   C n f eo r n c e   o en   p S ace   Opt i c , s

 hRo de sGr e, e ce, 4— 8  c tOo b er, 2O 10 .

 

[1  1]  1 wA TA T  . r ePc s i i o   ant i ttu e  da nd  p o si it no  ed te r — 

口Z ..  

1- ]3  

M ERI NS E M , H T0 MAS E ,GA R N IS , 

i run t a io n   o rf  t he  A dv a n ec d   a n dL O bs e r v i g  nS t ae l —

 

H i  g   h r seo l u t i n  o e a r ht  o b se v ar i ot n  f r mo g e  o t a st oi n —

 l i

t e( AL O S) [ c ].P r co ee d ni gs o f   S  IP E E ,na — b l i

n g  S e n s o r a  dn  P la t ofr   Tm e c nh o lo g i es  ofr   S p a— 

c e b ron e   e mR toe   eSns i gn Be, ll i nhg ma,  

5 5 9。63 — 40.5

 a

r y o rbi t  b   y op i c atl   a ep rtu r e  

s yn th e sy s[C . ]P or c.

‘ 6 t h I  nt er na t C. on f o. n  S p cae  Op t i cs ’ ,E S T E C , 

N o rod iw j,k   e  e N h et rl a n sd, 2 — 3 07  Jun e 2 0 0 . 6 

,2

00 5 ,

 [

]4

 

BI A NC  P ,M 0 N R0I G  G. uNme r i ca l  l ien  o f  s ghi t s t a b l ii za t i on f or  hi g  h er o s lu i o t ne a r h t  osb er v a ti n o 

[ 2 1]  J ANS CEH K K  ,TC EH R N KH  YVD, Y L B NEKO

  SP.e r ofr amn ce  a n al sy is o  f  o p t o —m e c a t h orn i c   m— i 

fr o m   hi g h  or b tis [ C ]. Pr oc . 6 ‘ ht   I tn er na t. C o n f. 

on   S p c a   eO p tic s ’, S E EC, NTo od wi j k ,  e  Ne t — h e

r l a nds 2,7 3— 0 J  un e  2 0 0 6.

T  ,FR EIE R  . LHI CE  T  N,T ef   n £ ..i l G   —[ 5]  D RENSR 

m oEr e De,s ign  f  oa   s pac e   et le s c o p   f oer v i b r ta io n c  n o— 

eg  s at ibl i za t ion   f o r  a  co mp ac t  s pa c e  a cemr a [J ] .

  o n Ctr o l   n gi n E eer ni g  Pra c tic e 2 ,0 70 l  , 5 : 3 33 — 

3 7 .4 

1 1 3 ]   J A SN C EH K   , Tc HE K RN YHK V 。D B I Y E N KO  

,Set   1 . aComp nes a i t on  of  fo ca l  p l n e   i amag e   mo—   t i o n  

p e rt u r abt i o sn w i t h  pot i c la c o rr l ae t r oi n  f  ee — d 

r o l[ c] .SPI E, Vib r tai o n Mo n i t o r i ng  an d   C o n—  t

r o l,

1 99 ,4 226 4 8: 29—2  

.b

a c k   o lo [ C] p.Pr o c e e di g sn   fo  PS E,IS nes o r s ,  

S sy te m sa n , d Ne .   t r— eG e rn at io n  S a te l ilt e s  vI     l ,I 

e B l l ignh a ,W Am, 2 0 045,57 0,82 0 2— 88  .

[ 6

] 

(T )Y O H SI M A ,MAT KA AYM A Y ,U KNI M 0 R   I .IH n-o ribt   ema us re m etns   of  s pa ce c r a f t m  ci ovr ib r a — 

t i on s  f o r   sa t e l l i et  a s l r  e c o mum n ic at oi  n l n kis [ J] . 

O tpi cal   nEgi n e er i n ,g2 01 ,490(8 :)卜 10 .

 

[1 4 ]   MA NEU  L G   , THSR MAN  U  SY , AJEMs   R. F i — 

e n u ,pfEf cii e n   tsu b pi xe l i m a ge  r g i se tr a ito  n a l go — 

7[ ] 

( T )Y () HSI M A   ,MAR K I A .KI n —rob i t   e am su r — e 

i t h s m [J] .O t p i cs   Le t te r s ,2 0 0 8 , 33( 2) : 5 61— 1 8 5. 

ne ts o  f  s ho r t  t e r ma t t i t u d e  a n d v  i r bat oin a   len v i ~  r

n oemnt  o  n th  e e ng neie ir g n t es t  s a etl i lte  VI   u is ng 

[1 5 ] PA N B  X I ,E  H  M, XU  B   , Qet  a .1 .Pe rf o r a mnc e 

o f   u b — ps xie l  r e g i s t r t ai on   a l g ro i thms   n i d igi t al  i am g e 

a e sr  c om um ni act o ni  e q u i p m net 1 J ], Op . t c i a l  E n i — g 

n ee ir ng, 20 01 4 0 , 5() : 8 2 —7 8 23  .

o r r e la ti o n ' 1

J ]M.ea s u r me en t S   i cen c e a n d   c 一^

n   o lo yg, 2 006, 17 , 16 1 5— 162 1 .

 [ ]  

MSIOER  G, FME I A M () ,MH  AK  

,ZⅡ.. F in  e

1 61 ]  F OROO S   HH, Z E RB I A   J   B ,U BE R TH DO M.  

xE t en si o n   f   p o h a se  c o rre l t i oa n t o   su b ipx e l  re ig s t ra —  

p ion t i gn  c o n t ro   l of r a   n ex t g en e r a t io n  p a c se   te e l  

—s

c p eo [c ] S.P E I  con f e fe c ne  o n   S p a c   eT l ee sc o e p  sa

nd   I snt ru m e n ts  V Ko, n a H , w aia i M ar ,ch  1 9 9 8  

, t oi n[ C] I.E E E t r an s a c t i o ns   on   i m a g e p   ro c e s i sn g  ,2 00

.21(1 ),3 88— 1 020.  

第 2 1 卷第 8 期 光 学 精 密工 程 Ot pic s a n d Pr e c i sio n En ign ee ir n Vo 1 g.2 l N . o 8A ug 2 01 .3 20 1 3年 8 月 文编 章 号 1 0 04…

重庆人大市委常(颁布单会位)2 0008926(布时颁)间2 080026(9施实间时)重 市庆人常大会关委于人市大门委专会员大在会会闭期间开展作工的规定(20 08年月96日2市三届大常人会第委六会次议通)过 了进为步规范一市人大专门员会…

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