针对现有无人机(UAV)载高光谱成像仪存在的技术问题,设计一种紧凑型可见近红外成像光谱系统。首先采用成像光谱仪与面阵相机共光路一体化进行设计,然后利用高帧频面阵图像来反演相机的位置和姿态参数,最后对同步获取的推扫高光谱图像进行高精度的空间信息校正。该系统的工作范围为400~1000 nm,幅宽方向的视场为43.6°,飞行方向的视场为20.0°,焦距为13 mm,光谱分辨率优于2.5 nm。利用ZEMAX软件对系统进行优化设计和分析,其中光谱仪部分采用棱镜-光栅-棱镜型(PGP)的设计,具有质量轻、成本低和资源利用率高的特点。

基于X射线管的X射线荧光计算机断层扫描术(CT)受多种因素影响,成像质量不佳,几何参数误差是制约其高质量图像重建的重要因素之一。本文分析成像二维平面模体与探测器相对位置偏移对投影数据的影响,并基于原始投影数据和原始重建图像再投影数据的局部线性关系实现几何偏移参数校正;利用Geant4模拟存在偏移参数的扇束X射线荧光CT系统,使用模拟投影数据验证校正方法。研究结果表明:该方法能计算出相对精确的几何偏移量,有效消除几何参数误差对重建图像的影响,校正后的重建图像信息熵降低,平均梯度和标准差提高,图像质量提升。

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。

南京地质调查中心研制的推扫式岩芯成像光谱仪由可见近红外成像光谱仪、短波红外成像光谱仪以及载有岩芯盘的导轨构成。导轨匀速运动的控制误差、两台独立成像光谱仪不同的空间分辨率不同以及不重合的视场范围, 导致所获得的数据存在几何畸变, 无法直接进行应用处理。针对上述问题, 在分析了畸变产生机理的基础上, 提出了基于三角形靶标的拉伸压缩畸变校正方法以及像元级与亚像元级联合配准方法。通过在岩芯盘一侧布设等腰直角三角形靶标, 实现无位置姿态参数下的几何拉伸压缩畸变检测与校正; 同时将尺度不便特征变化与扩展的相位相关方法相结合进行图像配准, 提高图像配准的精度。实验结果表明, 利用南京地质调查中心研制的岩芯成像光谱仪的实测高光谱数据进行方法性能验证, 经过几何校正处理后的岩芯高光谱数据, 拉伸压缩畸变校正精度为0.28个像元, 配准精度优于0.1个像元。

针对投影仪-摄像机系统参数标定过程中角点识别精度低、抗噪性差的问题,提出一种新型的投影彩色模式特征图像和角点亚像素检测算法以提高角点检测识别精度。鉴于投影仪-摄像机在光子信号传输过程中会因系统通道耦合性导致光子信号损耗,特进行建模分析,并提出一种系统耦合性校正方案,以降低系统耦合性串扰的影响。在系统标定参数解算过程中,投影特征点会因外界因素的干扰而与摄像机反馈的特征信息匹配错误率高,从而导致投影仪的标定参数误差值较大,考虑到投影仪-摄像机具有对极几何约束关系,提出一种成像反馈式的射影几何约束优化方法,用于对系统参数优化标定。通过实验分析可知,本文方法识别精度能够到达0.25 pixel,同时具有较高的面平行度和线垂直度。投影画面的几何畸变校正实验显示,畸变校正效果基本符合人眼视觉感知一致性。

提出了多元频域变换与几何校正机制的彩色图像水印算法。对重力模型进行改进, 实现水印信息的加密, 利用四元变换处理处理载体图像的最大中心区域, 获取其相位与幅度信息;设计水印嵌入机制, 将水印信息植入到四元变换的幅度中, 借助逆变换, 输出水印图像;引入四元小波变换处理水印图像的训练样本, 获取其四元小波变换系数训练支持向量机, 完成水印图像实现准确的几何校正;利用四元变换, 建立水印提取机制, 复原水印图像。测试数据表明: 与当前图像水印方案相比, 所提算法能够准确校正几何失真图像, 具备更高的鲁棒性与抗盲检测能力。

航空遥感图像有着特殊的几何畸变特性以及现实中无法及时获取野外控制点的限制条件, 无法使用传统的几何校正方法对图像进行处理。针对航空遥感图像的限制条件, 本文使用了无地面控制点的航空遥感图像几何校正模型对图像进行处理。通过实验对比仿射变换模型和多项式变换模型的校正效果, 得出仿射变换模型更能适用于本文情况, 更能改善图像效果。在几何校正过程中, 提出了一种控制点的最佳选取方案, 实验结果表明, 该方案可以有效配合图像几何校正的实施。

高速高精度的几何校正是构建投影显示系统的关键环节, 对于由大量投影机组成的全景显示系统来说显得尤为重要。针对此, 提出了基于鱼眼相机的几何校正方法并给出了理论推导。该方法首先对鱼眼相机进行标定, 然后通过拍摄投影到显示墙的结构光特征条纹构建投影机与相机间的亚像素级映射关系, 进而计算出每个投影通道的几何校正数据。实验结果表明: 所提方法可为大规模全景显示系统提供高速高精度的解决方案, 具有很好的实际应用价值。

设计并实现了一套基于轻小型直升无人机的高光谱遥感成像系统。该系统包括高光谱成像，采集存储，姿态和位置测量及地面监视控制等部分。在烟台和扬州分别进行了两次飞行实验，获取了高分辨率的高光谱数据。分析了该系统在无人机平台上工作的性能。对实验数据分析后，发现平台姿态和位置的变化对地物目标的光谱信息无明显的影响，但对几何特性有明显影响，实验中平台的振动导致图像在横向有4个像元的抖动。最后利用POS数据对图像数据进行了几何校正，并分析了校正误差的来源。