由于高分辨率的卫星幅宽有限,涉及大面积的对地观测应用通常需要镶嵌多个拍摄于不同时间或不同传感器的高分辨率图像,镶嵌图像的过程通常包括5个基本步骤,即排序、配准、色彩平衡、接缝线检测和重叠区融合。现有的色彩平衡方法均未充分利用已有的卫星数据,且大多数算法只追求视觉上的效果,不追求数据的保真性,为此提出一种新的时空融合镶嵌框架。该框架引入基于增强型深度超分辨率网络的时空融合方法,通过一幅全局的参考图像将所有拍摄时刻的图像调整到统一时刻以保证色彩风格一致。本文方法在LandSat8图像的红、绿和蓝波段进行镶嵌测试,实验结果表明所提方法比现有的镶嵌方法效果更好。

针对传统拼接技术对图像信息利用率不足的问题,提出一种基于图像与数据双层融合的高光谱图像拼接技术。对于图像层,采用尺度不变特征变换算法对图像进行特征提取,使用欧氏距离确定特征匹配范围,根据坐标转换关系对特征进行匹配,完成图像层的拼接;对于数据层,首先将数据拆分高、低位数据,然后采用加权和法计算数据的新值并对其进行拼接,最后通过位移运算合并高、低位数据,完成数据层的拼接;最后将图像与数据按照BIL方式进行存储,完成图像与数据的双层融合。在某地域进行高光谱图像拼接实验,实验结果表明图像层和数据层的平均拼接精度分别为0.9214和0.9663,说明该技术具有有效性和准确性。

轻小型、 低成本无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)机载光谱成像仪的快速发展为水质监测、 精准农业提供了新的手段。 ZK-VNIR-FPG480机载高光谱成像仪是国产仪器, 拥有自主产权, 影像共有270个波段, 光谱范围为400～1 000 nm, 光谱分辨率为3 nm, 空间分辨率为0.9 m@1 km, 成像方式为运动推扫成像, 该成像仪的特点是影像之间不存在航向重叠, 只存在旁向重叠。 它在提供高光谱、 高空间分辨率影像的同时也存在着一系列问题: ①无人机的狭窄视场限制了每条航带的地面覆盖范围, 需要进行航带拼接; ②其自带的POS系统定位精度低; ③为提高作业效率, 航带间的重叠率较低, 一般设置在30%左右, 为影像拼接增加了困难; ④因飞行时受风力、 光照以及仪器自身等影响使得每条航带间存在亮度差异, 拼接时会出现拼接缝现象。 针对上述问题提出一种基于曲面样条函数和相位相关的无人机高光谱影像拼接方法, 旨在将无人机拍摄的单条高光谱航带拼接成一幅完整的带有地理坐标的全景图, 并实现影像几何和光谱上的匹配。 该方法包括以下几个步骤: 首先, 以正射影像为基准采用曲面样条函数法对高光谱航带进行地理配准, 赋予每条航带真实的地理坐标; 然后采用局部方差法计算各波段信噪比, 取分值最高的波段作为最优波段; 再利用该最优波段采用基于2幂子图像的相位相关算法来纠正航带间已经存在的地理空间映射关系, 消除航带间存在的错位; 最后选用加权平均融合法对相邻航带进行融合, 消除航带拼接时因光照、 仪器自身等影响所产生的拼接线问题, 最终得到带有绝对地理坐标的高光谱全景图。 实验使用ZK-VNIR-FPG480机载高光谱成像仪获取大理某地区的高光谱数据进行拼接, 结果表明, 该拼接方法得到的全景图拼接处没有错位现象, 几何位置准确。 选取4种典型地物拼接前后的光谱曲线, 其曲线走向基本一致, 计算拼接影像与拼接前左右影像的光谱角余弦均值为0.965 2, 光谱相关系数均值为0.863 2, 光谱信息散度均值为0.424 0, 欧式距离均值为0.494 1, 四种光谱曲线相似性测度指标客观上显示了曲线的高度相似性, 表明拼接前后同名点的光谱匹配度高, 适用于无人机高光谱数据的拼接。 该方法不仅提高了拼接影像的地理坐标精度, 还在消除拼接缝的基础上最大限度的保证了光谱的保真性, 并通过引入2幂子图像解决了影像在重叠度低的情况下配准算法失效的问题。 但拼接前相邻航带同名点间存在光谱差异, 且高光谱数据量大, 拼接耗时多, 如何利用重叠区域的像素修正系统误差, 统一拼接图像的度量空间以提升光谱精度和稳定性并提高拼接速度仍是今后需要解决的问题。

相对辐射校正是实现多角度偏振探测仪全视场高精度辐射定标的关键技术之一。提出了一种高精度自动化的相对辐射校正方法, 采用15×15个分视场扫描测量的方式,通过高精度大型二维转台和大口径积分球参考光源实现全视场的辐射响应测量; 模拟在轨工作模式,规范了数据采集流程,编写数据采集软件实现了辐射响应图像数据获取;设计数据图像拼接算法和相关 的数据处理方法,完成了相对辐射校正的数据处理和精度分析。数据比对分析和精度分析结果表明相对辐射校正精度在0.5%～0.8%之内。

提出一种基于虚拟大相机的光学遥感卫星多相机系统成像数据的拼接方法,实现多相机影像的高精度拼接。该方法根据各单相机的几何成像模型,构建虚拟大相机的几何成像模型;利用坐标正算、反算过程对各单相机影像进行间接法几何纠正,得到虚拟大相机图像坐标系下的各虚拟单相机影像;将各虚拟单相机影像基于影像坐标信息拼接处理后得到最终的虚拟大相机影像。该方法利用虚拟大相机实现多相机影像的高质量拼接,为后期处理提供了与之相对应的高精度有理函数模型,可用于不同数量、不同分辨率的多相机系统实现全自动智能地面预处理。

光束法平差是遥感图像实时拼接系统的关键步骤，它需要消耗大量的运算时间，同时也决定了系统的拼接精度。针对画幅扫描红外成像实时拼接系统中的光束法平差算法，提出了一种实用的光束法平差策略，利用相邻扫描行图像的配准平差，将最新扫描行图像依次配准到已拼接图像中，为拼接图像的实时更新奠定了基础。同时利用GPGPU对光束法平差算法进行了并行加速，在保证精度的情况下，提高了拼接算法速度。通过画幅扫描成像的实时平差实验，验证了算法的精度和实时性。

为了实现分辨率高的大规模热释电IRFPA探测器，设计了多路通道并行输出的读出电路。针对多路输出的热释电IRFPA探测器，依据热释电探测的时序要求，设计了图像拼接采集系统。利用外部驱动信号控制采集卡的触发及采样时钟，由斩波器同步信号判断热释电探测器的亮场及暗场信号。构造PC-DAQ虚拟仪器系统对多通道输出的热释电型IRFPA进行多路并行图像采集，并对每路图像信号进行亮、暗场判断后进行差分处理，通过软件拼接处理成一副完整的图像，最终在软件平台上显示。对实验室研制的160列×120行双通道读出及320列×120行四通道读出的热释电读出电路进行了图像采集实验，对于同样阵列大小的单通道读出探测器，双通道结构读出速度提高了1倍，四通道结构读出速度提高了3倍。通过采集成像实验验证了系统的可行性。