分视场滤光片型多光谱相机在利用拼接和配准生成多光谱图像时, 受云、水等特殊地物的影响, 利用现有方法生成的结果图像上容易出现条带噪声和错配现象。提出了一种三维信息约束下的尺度不变特征转换(SIFT)图像配准和地物光谱特性约束下的多光谱图像预处理算法, 该算法利用三维信息约束的SIFT算子提高配准精度, 同时在地物光谱特性约束下选取有效的辐射校正点提高图像拼接时各条带图像灰度的校正精度。实验结果表明, 利用该方法对分视场多光谱相机数据进行预处理时, 即使图像上存在云、水等特殊区域的地物, 结果图像仍能保持高精度配准且无条带噪声。

为了提高多光谱图像匹配的速度和精度, 提出一种改进的随机抽样一致性(RANSAC)算法。针对传统RANSAC算法迭代次数多、运行效率低、单应性矩阵模型精度低等问题, 在采用SIFT 算法完成初始特征匹配的基础上, 从合理减少样本集中元素个数以提高局内点在样本中所占的比例以及采用预检验快速舍弃不合理的初始参数模型等方面对RANSAC算法进行改进, 从而极大地减少了算法的迭代次数, 提高了算法的运行效率和估计精度。实验结果表明, 所提改进算法不仅提高了图像匹配的精度, 而且在处理相同数据的前提下, 其所用时间不足传统RANSAC算法的60%, 有效减少了算法的运行时间, 提高了算法效率。

在时间调制傅里叶变换光谱仪中, 直线运动型动镜很难精确驱动, 容易引起倾斜和剪切的问题。 旋转型动镜可以解决该类问题。 介绍了一种转镜式傅里叶变换光谱仪方案, 并对其进行了原理分析和光程差公式推导, 提出了工程设计约束条件。 该光谱仪由一个分束器, 两个固定平面镜, 两面平行固定在一个转轴上旋转的平面反射镜, 前置镜, 后置镜及探测器组成。 通过原理介绍得出, 该光谱仪结构简单, 两条分光光线经同一平面镜反射后干涉, 使仪器更容易装调;通过光程差推算得出, 该光谱仪容易实现大光程差, 光谱分辨率高;通过工程设计约束及仿真分析得出, 该光谱仪需要在高速旋转的条件下实现高分辨率采样, 容易实现精确运动控制, 稳定性好, 测量速度快。

为达到高光谱图像数据RX异常检测处理的高速、 实时、 海量存储等要求, 本文提出了一种基于 CPCI Express 标准总线架构的多DSP高光谱图像并行处理系统的解决方案。 系统采用4片DSP共享数据总线和存储器的紧耦合与Link口互联相结合的硬件拓扑架构。 在该硬件平台上, 针对光谱RX异常检测算法以及光谱图像三维数据的特点, 分配各DSP并行处理任务, 提出了一种利用图像空间分块计算并求整个图像的均值矩阵与协方差矩阵的4DSP并行处理技术。 结果表明, 在保证同等探测效果的条件下, 采用本文的RX异常检测算法4DSP并行处理技术, 可以达到单DSP处理4倍的时间效率, 解决了DSP内存容量对大数据量图像处理的限制, 并较好的完成了光谱数据的实时处理要求。

分析了大面阵滤光片型多光谱相机所用机械快门曝光时间波动对其光谱图像获取及处理造成的影响。 通过对现有机械快门结构及驱动方法的研究, 分析了造成该类机械快门稳定性差的原因, 并提出了一种先进的机械传动方式和电路驱动方法。 通过室内试验数据计算, 该方案将两次曝光间的最大变化率从15.05%降低到0.96%, 极大提高了曝光时间稳定性; 通过外场推扫成像试验及数据处理, 证明快门改进后多光谱相机所得彩色影像更接近真实目标, 且无明显色彩突变。 这对实际应用中多光谱相机数据处理结果的判读和目标识别具有重要意义。