为解决卫星摆扫获得的遥感影像存在畸变和像质退化的问题,提出一种分辨率反演与深度卷积网络相结合的几何校正与图像增强方法。摆扫过程中,空间相机的摆扫角和单位视场角恒定,探测器像面的像素与相机光轴指向的地面景物一一对应,根据这两点,像面上畸变的景物可以被精确地反演恢复。其次,采用真实的遥感影像作为样本,训练了针对遥感影像的深度卷积网络框架,解决了反演恢复过程中的影像模糊问题,增强了校正后影像的视觉效果。实验中,畸变校正后的影像很大程度地恢复了地面景物的原有几何特性。采用无参考图像质量评价指标(NR-IQA )对本文提出的网络结构、在传统图像集上训练的网络结构及插值方法进行对比评价,结果表明所提网络结构的图像增强结果更佳,能较为有效地恢复遥感摆扫影像。

空间遥感相机在发射过程中及其在轨运行时, 由于大气压力、温度、力学环境等的变化, 导致焦面离焦。为了满足成像质量要求, 相机在空间投入使用之前必须对偏离的焦面进行校正。针对轻小型空间相机的使用特性及要求, 设计了一套调焦范围±3 mm的像面移动式调焦机构, 质量仅为3.25 kg。利用蜗杆传动的自锁性, 防止焦面组件在外力作用下发生窜动。选用微型精密级直线滚动导轨保证CMOS靶面的直线性精度。同时利用光电编码器(16位)实时反馈靶面的位置信息, 以保证其定位精度。对调焦机构进行了理论分析、动力学分析及试验验证、精度测试及分析、焦面标定试验等。试验结果表明: 调焦机构的一阶固有频率为182.7 Hz, 可以有效地避免共振现象; CMOS靶面的直线性精度优于20″, 定位精度优于±4.2 μm, 满足调焦精度要求; 焦面标定试验验证了调焦机构设计的有效性, 满足了空间遥感相机的成像质量要求。

为了满足敏捷卫星广域搜索需求, 设计了航天相机环扫成像模式。建立环扫成像模型, 通过对环扫成像原理的分析, 设计了成像的最优地面轨迹, 并分析了此时临界卫星旋转速度与轨道速度、环扫临界系数、帧间重叠率的关系; 同时基于地面轨迹设计了确定曝光时间、帧频等成像参数解算方案。通过Satellite Tool Kit(STK)软件对成像模型进行仿真, 并对成像几何参数进行分析, 结果表明: 在轨道高度H为500 km, 像素尺寸a为4 ?滋m, 焦距f为1 m, 轴向像元数M为50 000时, 随着相机倾角ζ的增加, 地面像元分辨率与幅宽逐渐增大; ζ等于10°、20°、30°、40°时,地面幅宽分别提升为星下点成像时的1.96、3.10、4.58、6.85倍。

为实现高速相机的分幅功能，本文提出一种采用多角度耦合分幅方式的高速相机光学系统。该系统分幅结构采用多组相同的光学系统，在平行于物面的圆周上均匀分布，分别从不同角度拍摄同一物面，在保证各组系统的物方视场相同的情况下，每组光学系统的光轴与物平面的夹角均相同，通过优化设计得到全视场的最佳成像。根据需求，使用光学设计软件设计了多角度耦合四分幅成像中长焦光学系统并绘制三维立体仿真模型，分析了每组像面像质、照度以及畸变等相关参数，调制传递函数MTF在频率为50 lp/mm处不低于05，F数为2，畸变小于04%，相较于常用的棱镜和反射棱锥分光方式，无需额外分光结构，像面照度提高4倍以上。结果表明成像质量理想，分幅相机系统各像面所成像一致性高。

In order to realize fast maneuvering imaging of the target area with high resolution agile satellite, a new attitude matching algorithm is developed. A strict mosaic imaging model of ray trace and the velocity vector mapping are built according to the strip mosaic imaging principle and the relationship between imaging target and the camera focal plane. The three-axis attitude is deduced based on the principle of optimal tracking of the maneuvering path. Finally, the geometric scaling simulation is carried out through the time delayed and integration (TDI) charge coupled device (CCD) prototype system, satellite attitude control physical simulation platform and the LED earth target simulator. The experimental results show that the algorithm could realize the matching band seamless splicing imaging of the target very well, confirming the correctness of the algorithm.

In order to satisfy the demands for diffractive telescopes in space exploration, a new deployable space diffractive telescope is designed. The structure and geometrical sizes of the spontaneously deployable telescope are preliminarily designated through the Serrurier truss principle and the optimized design theory. The finite element model of the deployable structure is established, and its deployed characteristics are analyzed. The prototype of the spontaneously deployable structure is constructed and some experiments are carried out to study its characteristics. Experimental results indicate that the deployable structure is 2.95 m in length, its repetitive deployed precision can reach less than 2 mm, the off-center error is less than 0.3 mm, and its deployed precision can be adjusted to micrometer level by actuators when it has deployed. It has simple structure, low mass, steady and reliable deployment, as well as higher precision for space diffractive telescopes.

海面舰船目标的检测与识别对于海面监测与目标打击具有重要意义,弱小舰船目标由于缺少纹理信息且易受到海面阴影、噪声等因素的影响,使得目前常用的检测方法效果较差。基于通道分离与负值扩展对比敏感函数提出了的海面弱小舰船目标检测方法。该方法首先构建像素强度通道与噪声-边缘通道的多分辨图像尺度金字塔;之后,构建不同尺度空间下的负值扩展对比敏感度函数,调制对应各位置的权重;最后,利用各空间尺度系数加权获得两通道视觉显著性图像,通过通道差分处理实现了含噪图像中弱小舰船目标的快速检测。实验结果表明:与其他5种算法相比较,提出的方法具有较高的检测准确率(97.30%)、召回率(84.71%)及综合评价指标(94.49%),同时具备较强的抗噪声能力,适用于含噪海面光学遥感图像中弱小舰船的检测。

针对时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)成像系统多通道间存在响应非均匀问题,开展了基于辐射定标的校正方法研究。结合成像系统的信号处理流程,推导了响应非均匀性校正的理论模型,提出了一种基于加权最小二乘的定标校正方法,分别在1/4、1/2和3/4饱和响应处采集三组图像数据,并利用高斯加权函数对三组通道间的校正参数进行加权最小二乘拟合,从而获得优化的校正参数。利用TDI CCD成像系统进行实验验证,结果表明,系统的响应非均匀性(1/2饱和响应处)由原来的4.09%降低至0.85%,并优于两点校正法的1.93%,同时该方法在宽响应域内均获得了良好的校正效果,具有精度高、实用性强等特点,可应用于机载、星载等相机载荷,为获取高质量的遥感图像数据奠定技术基础。