高光谱遥感能够提供丰富的地球表面信息, 因而受国内外学者的广泛关注。 受到技术与工艺水平影响, 目前单个高光谱相机无法同时满足成像大视场和高分辨率的应用需求。 拼接式高光谱相机技术将多个高光谱相机组合成一个成像系统, 有效地扩大了高光谱相机的视场, 在精准农业、 对地观测、 环境监测等方面有着广泛的运用。 由于探测器像元响应, 光学系统, 电子学系统等因素的影响, 高光谱相机的焦平面阵列在同一均匀辐射源下, 探测器单个像元输出会出现不一致的现象, 该现象即为高光谱相机的非均匀性。 拼接式高光谱相机的非均匀性会严重影响相机成像质量与图像判读。 目前, 非均匀性校正主要分为基于定标的校正方法和基于场景的校正方法两大类。 通过对中国科学院空天信息创新研究院研制的拼接式高光谱相机非均匀性的分析, 建立了单台相机和多台相机间的非均匀性模型, 并根据非均匀性模型提出了一种基于重叠视场的拼接式高光谱相机非均匀性校正方法。 该方法综合运用了实验室定标数据与实时飞行数据, 利用实验室辐射定标校正单台相机非均匀性, 利用相机间重叠视场并引入小波滤波计算非均匀性系数校正多相机间的非均匀性。 由于该方法在实验室仅需要对单台相机进行辐射定标, 因此也摆脱了需要大口径积分球光源的限制。 开展了一系列对不同方法处理后图像质量进行评价的实验。 选取了存在非均匀性两个不同的波段图像作为原始图像, 并用该方法与对比方法对原始图像进行处理。 为了能够定量地对不同方法的校正效果进行对比, 引入了图像质量的提高系数(IF), 非均匀性(NU)与光谱角(SA)三个评价指标。 结果证明, 本文提出的基于重叠视场的拼接式高光谱相机非均匀性校正方法具有最好的非均匀性校正效果, 同时最大程度保留了光谱特性。

分析了传统光电经纬仪脱靶量修正模型和多视场拼接光电经纬仪的特点,基于坐标变换原理,推导了成像系统具有大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量修正公式。依据上述脱靶量修正公式和目标模拟器指向,逆向推导了大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量计算公式,结合实际成像系统脱靶量信息,解算成像系统的指向校正系数。经实验验证表明,该方法突破了传统畸变修正模拟的局限性,适用于多视场拼接光电经纬仪的成像系统指向校正。针对大照准差为11.26°和大零位差为18.08°的2×3外拼接阵列测量系统,采用多成像模块外拼接型光电经纬仪系统的指向校正方法,得到水平和垂直的指向误差均小于1/5 pixel。

静止轨道全谱段高光谱成像仪需采用通道分离、视场和机械拼接的方式, 并通过扫描镜摆扫获得宽视场、高空间分辨率的高光谱影像, 若直接拼接, 子视场间不一致的几何变形将使地物光谱信息失真。假设子视场间同名像点坐标的差异是由各子视场内部参数变化引起的, 提出以全景畸变正切改正公式为数学模型的区域网平差方法, 实现像方坐标系内的视场拼接。并在可见光近红外通道4个子视场仿真影像的基础上完成了视场拼接实验, 达到了0.72 pixel的拼接精度。与基于共线条件方程区域网平差的视场拼接方法相比, 该方法精度与其相当, 且算法更简单, 不需要控制点和DEM辅助, 适用于初级影像生产。

为了满足远距离目标捕获的需求, 提出了一种单镜头大视场拼接成像方法, 设计了实验样机对其进行验证, 对样机的成像特性进行了分析。介绍了样机的结构设计和相机曝光控制流程, 然后根据该成像方法通过控制相机连续圆锥旋转实现大视场成像的特点, 分析了样机成像的像移特性及样机结构运动精度对子图像正确拼接的影响, 最后设计了在样机运转过程中使相机准确对子视场曝光的控制参数。实验中将样机参数代入分析结果进行了计算, 得出了成像的像移大小, 并对由相机运动误差导致的子图像拼接偏差进行了校核。计算得出了相机的曝光控制参数, 最终获得了拼接正确的大视场图像。通过对实验样机的成像特点进行分析, 为该单镜头大视场拼接方法在激光对抗系统中的工程应用奠定了基础。

在远距离目标轨迹测量系统中, 当前的长焦相机由于CCD尺寸限制一般视场角度较小, 无法实现对目标的可靠捕获。在对比当前的几种大视场拼接成像方法后, 针对远距离目标测量系统的要求提出了一种通过控制单个相机进行圆锥旋转来模拟4相机阵列实现大视场成像的方法。设计了实验样机对该方法进行验证。首先根据该成像方法设计了相机运动控制方案和相应的机械结构, 然后设计了相机的触发控制以及图像数据的传输和处理流程, 最后使用该样机进行了实验。实验中样机经校准后采集到了相对位置正确的子视场图像, 并拼接获得了大视场图像。使用视场角度为1.02°的小视角相机, 实现了4个有一定程度重合的子视场2×2拼接, 最终获得了1.93°的大视角。该方法为远距离目标测量系统中的目标捕获子系统设计提供了新思路。