光学学报, 2019, 39 (12): 1228001, 网络出版: 2019-12-06   

综合深度卷积神经网络的摆扫影像反演恢复算法 下载: 943次

Inversion Restoring Algorithm for Whiskbroom Scanning Images Synthesized with Deep Convolutional Neural Network
作者单位
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间新技术研究部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
图 & 表

图 1. 空间相机摆扫成像示意图

Fig. 1. Schematic of whiskbroom scanning imaging of space camera

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图 2. 靶标畸变过程

Fig. 2. Distortion process of target image

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图 3. 垂轨方向上星下点地物的像元数目计算示意图

Fig. 3. Calculation of pixel number of nadir ground scene perpendicular to track

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图 4. 垂轨方向上原畸变图与拉伸图像的像元对应示意图

Fig. 4. Schematic of corresponding pixels of distorted and extended images perpendicular to track

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图 5. 沿轨方向上成像区域的宽度示意图

Fig. 5. Schematic of width of imaging area along track

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图 6. 沿轨方向上原畸变图与拉伸图像的像元对应示意图。(a)原畸变图;(b)拉伸图像

Fig. 6. Schematics of corresponding pixels of distorted and extended images along track. (a) Original distorted image; (b) extended image

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图 7. SRCNN的结构

Fig. 7. Architecture of SRCNN

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图 8. wbi-SRCNN的结构

Fig. 8. Architecture of wbi-SRCNN

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图 9. 卫星摆扫成像实验装置示意图

Fig. 9. Schematic of experimental device of satellite whiskbroom scanning imaging

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图 10. 摆扫影像的畸变校正结果。(a)地面真值;(b)摆扫影像模拟图;(c)摆扫影像恢复图

Fig. 10. Distortion correction result of whiskbroom scanning image. (a) Ground truth; (b) simulated whiskbroom scanning image; (c) distortion-corrected whiskbroom scanning image

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图 11. 摆扫线性靶标的畸变校正结果。(a)摆扫线性靶标模拟图;(b)摆扫线性靶标恢复图

Fig. 11. Distortion correction result of whiskbroom scanning linear target. (a) Simulated whiskbroom scanning linear target; (b) distortion-corrected whiskbroom scanning linear target

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图 12. 畸变校正后摆扫影像的增强结果。(a)畸变校正后的摆扫影像;(b) Bicubic结果;(c) SRCNN结果;(d) wbi-SRCNN结果。左图为wall,右图为roof

Fig. 12. Enhanced results of distortion-corrected whiskbroom scanning images. (a) Distortion-corrected whiskbroom scanning images; (b) result of Bicubic; (c) result of SRCNN; (d) result of wbi-SRCNN. Left is wall and right is roof

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表 1在轨成像与地面模拟参数

Table1. Parameters for on-orbit imaging and ground simulation

On-orbit imaging parameterValueGround simulation parameterValue
Radius of earth /km6400Curvature radius of LED screen /m32
Focal length of camera /m8Focal length of camera /mm7
Pixel size /μm8Pixel size /μm7
Orbital height /km500Object distance /m4
Ground resolution /m0.5Imaging resolution /m0.004
Attitude angle /(°)±35Attitude angle /(°)±35
Satellite speed relative to earth /(km·s-1)7.5Target movingspeed /(pixel·s-1)6
Satellite whiskbroom angular speed /[(°)·s-1]8Turntable whiskbroom angular speed /[(°)·s-1]8
Line shift time /s7.2×10-6Line shift time /s7.2×10-3

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表 2测试图像的NR-IQA结果

Table2. NR-IQA results of test images

Evaluating indicatorNR-IQA result for Wall imageNR-IQA result for Roof image
BicubicSRCNNwbi-SRCNNBicubicSRCNNwbi-SRCNN
NPGD35.3271161.3976215.439653.1318240.5480343.1014
EPS45.959088.3334104.627454.4708108.4588132.1151
NIQE31.426827.276221.744830.529527.757924.7264
PIQUE94.568990.069890.084989.436287.833784.3469

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徐超, 金光, 杨秀彬, 徐婷婷, 常琳. 综合深度卷积神经网络的摆扫影像反演恢复算法[J]. 光学学报, 2019, 39(12): 1228001. Chao Xu, Guang Jin, Xiubin Yang, Tingting Xu, Lin Chang. Inversion Restoring Algorithm for Whiskbroom Scanning Images Synthesized with Deep Convolutional Neural Network[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(12): 1228001.

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