为了实现像移测量装置的高速、高精度和小型化,提出一种改进的联合变换相关方法。该方法使用两幅待检测图像强度叠加的方式构造相关输入图像,利用卫星推扫运动所产生的系统像移实现自相关峰和互相关峰在空间上的分离。用于相关运算的图像被缩小到与待检测图像尺寸相当,大幅度降低了测量过程的计算量,从而有利于高速数字联合变换相关器的实现。仿真和实验测试结果表明:所提方法保持了传统联合变换相关像移测量方法的高精度、抗噪声能力强和对图像纹理不敏感的特点,并具有实现高速像移测量的潜力。

以不同像移探测需求为导向,梳理了像移探测方法的发展脉络,将像移探测历程划分为基于工程参数的像移计算、基于联合相关器的像移估计和基于遥感图像的像移探测三个阶段;客观分析了每个阶段所解决的问题及面临的瓶颈;结合空间相机的发展趋势,剖析了目前像移探测方法中迫切需要解决的三个关键科学问题,为宽频带像移探测提供了一种可能的研究思路。

为补偿像移、提高影像的质量，需要准确探测影像间的像平面位移矢量。在给出星载相机像移矢量测量常用的联合变换相关基本原理的基础上，提出一种改进的联合变换相关的方法。提出改进的适用于低空影像的自反馈模糊边缘检测方法，以实现输入图像预处理；通过消除0级衍射峰，以质心法提取互相关峰的坐标，实现互相关峰高精度探测。利用仿真和真实低空成像实验对该方法的测量精度和性能进行了分析。仿真表明，该方法对于运动模糊在0~10 pixel范围内，高斯噪声小于等于0.002时，影像间像位移在0~20 pixel时，探测精度可控制在0.03 pixel以内。真实实验进一步表明，本文方法像移测量精度可达到0.2 pixel。该方法能够高精度、稳健地探测低空影像的像位移矢量。

通过使用大气相干长度仪测量了华南山区部分月份的昼夜整层大气相干长度,结合使用温度脉动仪获取的近地 面部分测量高度的折射率结构常数数据,分析结果表明：在10、11、12月份中,白天11月的测量结果最大,夜间测 量结果较为复杂,下半夜的测量数据小于上半夜的测量数据;从频数分布来看,白天中心值为8.5 cm,主要集中 在6～12 cm之间,夜间中心值为13.0 cm,主要集中在10～18 cm之间,其平均值明显大于白天的结果; 从近地面层对整层大气湍流强度的贡献来看,白天比夜间受到的影响更为明显。

为更精确测量出卫星遥感相机因姿态变化和振动等原因引起的亚像素像移，提出了基于光电混合联合变换相关的像移测量方法。该方法通过对采集到的图像序列做光学相关运算，并对联合功率谱做拉普拉斯变换，得到尖锐的相关峰，再用质心法获取相关峰的坐标信息，从而测得更精确的图像像移值。阐述了基于光电混合联合变换相关的图像像移测量原理，搭建了相应的光学实验装置。实验结果表明，该方法的像移测量误差低至0.03 pixel,大大提高了图像像移的测量精度。

针对基于时间延迟积分(TDI)传感器重叠区图像的像移测量方法的多解性问题，提出了以光滑性评价函数最小值为像移解的多解去除方法。根据像移测量原理，探析了像移测量方法的多解性；新增了光滑性评价函数，评价像移曲线的光滑性；以共轭梯度法求解的光滑性评价函数的最小解为像移解，实现从多个伪解中提取真实解；实验结果表明像移测量结果唯一，且测量误差为0.13 pixel，证明了以光滑性评价函数最小值为像移解的多解去除法的有效性。

针对基于光学手段实现的传统光学联合变换相关器不适应空间环境等问题, 对传统相关器进行了改进和试验验证。首先, 采用完全电子学手段替代采用光学器件实现的方法解决了联合变换相关器适应空间环境的问题。然后, 在联合变换过程中加入自相关运算, 消除了零级衍射峰的影响, 并引入过采样离散傅里叶变换方法提升相关器的测量精度。最后, 采用精密直线导轨开展静态测试试验, 验证了改进后的联合变换相关器的性能。静态测试试验表明: 对于亚像元级的微小位移量, 改进后的联合变换相关器测量误差均方根(RMS)值为0.22 pixel。改进后的联合变换相关器显示了良好的空间环境适应性和较好的可实现性, 其精度基本满足空间相机像移补偿的要求。

为了对由飞船姿态不稳或隔振装置的振动抑制残余量等因素产生的宽频带像移进行测量，提出了基于时间延迟积分(TDI)传感器拼接区所成图像的像移测量方法。定义了偏移系数，用以衡量成像期间像移速度与TDI传感器积分时间之间的失配度，以调制传递函数(MTF)为相机成像质量评价指标，分析了失配度与成像质量之间的关系，确定了满足成像质量的像移测量方法的精度范围；利用两片TDI传感器拼接区所拍图像存在相同内容、拍摄时刻不同的特点，阐述了基于TDI传感器拼接区图像的像移测量原理。实验结果表明测量精度达到0.2377 pixel，测量频带达到228 Hz，证明该方法能够对宽频带、高精度的像移进行有效测量。

联合变换相关器是一种用于高分辨力空间相机像移量测量的技术，本文采用在图像处理器上运行联合变换相关算法的方法，取代了基于空间光调制器实现的光学相关器，提高了联合变换相关器的空间环境适应性和可靠性。本文通过大量仿真试验，研究了输入图像的尺寸、相对位移量的幅度对算法测量精度的影响，结果表明：在设计联合变换相关器时，增大输入图像的尺寸有助于提高测量的精度和相关器的灵敏度，并且能够防止测量的结果出现奇异值。

光学联合变换相关方法是进行空间相机像移测量的有效技术途径。在给出该方法测量像移基本原理的基础上，利用半实物静态仿真实验装置对该方法的测量精度和性能进行了分析和评估。通过对仿真序列影像的测试结果表明实验装置在沿航和穿航方向的像移测量精度均能满足空间相机对像移测量低于0.2 pixel的要求。分析了寻质心窗口尺寸对互相关峰位置确定精度的影响，并提出采用强度权重质心法替代传统质心算法，不仅降低了测量精度对寻质心窗口尺寸的敏感性，而且进一步提高了像移测量的精度。