由于点扩展函数(Point Spread Function, PSF)模型与实际模糊核不匹配,现有遥感图像的复原效果较差。针对该问题,提出一种基于洛伦兹拟合点扩展函数的图像复原方法,对估计的遥感图像PSF进行充分拟合以提高复原精度。首先,考虑现有模型与实际退化过程的匹配误差,将模糊核建模为基本二维模式的线性组合,采用洛伦兹函数作为基函数对实际退化所造成的模糊效应进行建模。然后,选取具有刃边特征的地物目标估计遥感成像系统的退化函数,同时采用所建立的数学模型对估计的PSF进行拟合校正,将拟合校正后的PSF应用于遥感图像恢复,减少了成像系统退化模糊的干扰。最后,利用校正后的PSF,结合Richardson-Lucy算法复原原理,提出一种遥感图像的复原方法。实验结果表明,所提方法相比于现有基于其他PSF模型的遥感图像复原方法,图像复原效果得到显著提高。

调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)是光学卫星相机成像质量评价的重要参数之一,在轨MTF检测关系到遥感数据的应用和未来遥感相机的发展。针对目前对地观测中广泛应用的光电成像系统,以反射点源阵列、辐射状靶标和大面积刃边靶标等便于数学描述的特殊点线面目标作为参照,依据MTF的物理定义,通过亚像元位置检测与参数化模型拟合等,对卫星相机进行了在轨MTF检测。实验结果表明:点源法是最严密的检测方法,可以全面表征遥感相机的成像能力;方波法在大面积靶标配合下,能直接获取成像系统在奈奎斯特频率处的MTF值;刃边法是光学相机常用的检测方法,但是仅能获取沿轨与垂轨方向的MTF。三种方法所得的在轨MTF的检测结果具有较好的一致性,最大相对误差优于6.00%。这些方法各有特点,其适用性存在一定差异。

根据空间探测相机在轨工作状态及成像特点,结合调制传递函数(MTF)常用测试方法,利用月球边缘刃边法,对其进行了在轨MTF检测。该方法将月球边缘与深空背景形成的高对比度线状边缘图像作为测试目标,使用仿真手段分析每个环节多种处理方法的计算精度及运行速度,形成了优化的月球边缘刃边法在轨MTF检测流程,其中在边缘扩展函数(ESF)处理环节,使用修正的Savitsky-Golay滤波器组合双高斯拟合法,得到了准确的ESF,同时有效抑制了噪声。仿真和实验结果表明,该方法对信噪比高于30 dB图像的测试精度达到0.02,能实现相机焦面位置和MTF的准确标定。

调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF) 是客观评价遥感器光学系统在轨特性的主要指标之一。为了避免使用地面目标评估气象卫星在轨MTF时, 大气传输对计算结果的影响, 研究了使用月球目标来计算其在轨MTF的方法。选择由风云二号G星扫描辐射计(VISSR) 获取的不受大气传输影响的月球目标遥感图像, 作为刃边法的输入图像来计算VISSR的在轨MTF, 并且根据探测器的不同探元, 划分不同的子图像, 分别计算其MTF特性。实验结果表明, 使用月球目标得到的MTF结果为0.320 1, 而地球目标由于有大气影响MTF结果仅为0.216 4, 月球目标结果明显优于地球目标。且遥感器各探元结果一致性较好, 在连续时间内由同一子图像计算的不同探元的MTF结果的标准差仅为0.013 31, 表明使用该方法评估的MTF具有稳定性。

提出一种能高准确度测试光电成像系统调制传递函数的改进的倾斜刃边法.利用一种自动确定高低阈值的改进Canny算子提取边缘位置点, 对提取到的边缘位置点进行线性拟合求得刃边倾角, 在利用费米函数拟合边缘扩散函数的过程中, 提出一种邻域平均值和设定误差容限的多重去噪改进方法.通过仿真与物理实验证明了本文方法的有效性, 并分析了刃边倾角、噪声变化对本文方法与传统方法MTF测试准确度的影响.实验结果表明: 本文方法的调制传递函数测试准确度达到0.004 9, 重复准确度达到0.003 1, 皆优于传统方法; 说明其具有较高的测试准确度和良好的测试重复性, 并且具有较强的抗噪性, 基本不受刃边倾角变化的影响.

在红外遥感图像复原过程中,一般是采用刃边法获得调制传递函数的。然而,该方法存在图像刃边位置难以确定,以及提取的像素点较少等缺点。为了解决上述问题,实验设计了一种新的调制传递函数测量方法,通过直接移动刃边来观察一个像素点在刃边附近灰度值的变化情况,然后对这些数据点依次进行拟合、微分、傅里叶变换等步骤就得到系统的调制传递函数,最后,用逆滤波和维纳滤波进行图像复原。实验结果表明,通过该方法得到MTF后进行图像复原效果较好。

点扩散函数 (PSF)能够完整表征物空间一点发出的光经过相机系统在像空间的分布特性，是反映相机性能的关键参数，也是进行图像复原的重要依据。针对星载 TDI CCD静态 PSF单一刃边法测量时初始相位无法确定、采样点少的问题，提出一套多相位刃边靶标设计及数据处理方法。对多相位刃边法和矩形靶标刃边法静态 PSF测量进行蒙特卡洛仿真，结果表明本文提出的方法测量相对误差小于 2%，且结果稳定，而矩形靶标单一刃边法测量相对误差约 10%。将该方法用于高分二号全色相机的静态 PSF测试，利用双星点靶标对结果进行验证，证明了该方法在星载 TDI CCD静态 PSF测试工程应用中的可行性。

提出了一种在倾斜刃边法的基础上进行部分改进的方法。该方法由Canny算子检测采集到的图像中的刃边分割位置, 结合刃边图像直方图呈双峰性的特点, 利用类间方差最大化阈值分割算法(Otsu)计算对Canny算子性能具有决定意义的高阈值。以刃边区域中每行的质心为ESF中心位置, 以0.1亚像素间距对Canny检测下每一行的分割位置及其刃边邻域像素进行离散采样, 将获得的二维刃边信息数据沿着刃边方向整体投影成一维数据, 得到提高采样率下平均处理的ESF。增加了测量结果的信噪比, 运用该方法进行了实验室CCD相机整机系统的调制传递函数测试, 对实验中影响MTF测试精度的因素进行了分析。实验测得在奈奎斯特频率处与理论值误差在5%以内。

为确定边缘扩散函数(ESF)最优提取方法，对基于三次样条插值与SG 滤波的四种提取方法进行分析比较，包括Spline、SplineSG、MSG 及SASG 方法。分别通过仿真图像实验与实际遥感图像实验，分析了图像仅存在加性噪声以及图像中同时存在加性噪声与白噪声时，四种方法的有效性。实验结果表明，Spline 与SplineSG 方法的效果几乎完全一致，仿真实验中，二者线扩散函数(LSF)和调制传递函数(MTF)计算精确度约为SASG 方法的2~3 倍，MSG 方法的3~5 倍；而在实际遥感图像实验中，SASG 方法与二者效果接近，遥感图像复原图像质量提升效果约为MSG 方法的1.5~2 倍；当条带噪声较明显时，SASG 方法效果最优。因此，在刃边法实施过程中，根据噪声情况，边缘扩散函数的提取可以在SASG 或Spline 方法中选择。