刘团结[1]2002年在《航空多光谱数字相机系统关键技术及应用研究》文中提出本文以航空多光谱数字相机系统的关键技术及其在蝗灾监测方面的应用为主要研究内容。完成了一些具有创新意义的研究工作，主要包括： 1、采用了不同结构数字相机组合的系统总体设计方案，成功地研制了以面阵CCD为基础的综合性航空多光谱数字相机系统。系统包括叁种结构的多光谱数字相机，Basler多相机加滤光片系统、MS4100单镜头分光式相机系统和柯达专业单反型数字相机系统，它们有独立的硬件和控制软件，既可以分开独立工作，也可以组合在一起同时使用；解决了高速大容量图像数据采集问题，系统采用的IEEE-1394总线接口和Camera Link接口技术是最新发展起来的图像采集技术，代表了当今图像采集系统的发展潮流；设计并实现了由叁片8253CTC芯片构成的可编程同步触发控制电路，触发间隔时间可以编程控制。触发电路的输入采用GPS时标输出，这样做有两个好处，一是保证了定时脉冲的时间精度，二是可以获得曝光时刻相机的最高定位精度；开发了完善的系统控制软件，包括图像采集控制软件、GPS数据采集和触发电路控制程序，提供手动、自动和外触发叁种拍摄方式，实现了系统监视、图像快视、图像及辅助信息自动记录等多种功能，软件采用VC++6.0开发，支持WINDOWS NT／2000等操作系统，功能完善，界面友好，运行可靠。 2、在国内首次采用航空多光谱数字相机系统来进行蝗虫探测的应用研究。通过分析东亚飞蝗的生理生境特性，指出了航空遥感监测的技术途径，即通过监测蝗虫群体对植被光谱特性的影响和监测受蝗虫危害植被的光谱变化，来达到发现蝗虫的目的。并于2002年8月在河北南大港农场蝗区完成了蝗虫灾害监测飞行实验，获取了大量高质量的航空多光谱遥感图像，实验结果表明遥感监测蝗虫是可行的，同时也验证了新研制的航空多光谱相机是一套成功的实用化系统。 3、对于使用电子快门的帧转移型面阵相机而言，在帧转移的过程中，一部分还没移入光遮蔽区的象元电荷会继续受到相应位置处入射光的照射，因而像元电荷在帧转移过程中受到污染，形成帧转移模糊。本文首次提出了针对帧转移型面阵CCD器件的辐射纠正算法，即帧转移模糊的复原算法，并在地面和航空实验中得到了验证。 4、在多光谱图像辐射纠正方面，提出了基于统计方法的模板综合校正方法来进行多波段图像的辐射纠正，从对1431景5波段图像纠正的结果分析，处理效果令人满意。 5、在系统波段配准方面，分析了光学配准的技术和难度之后，提出了采用图像配准的软件处理方法，编制了一套多波段图象自动配准程序，很好地解决了波段配准的问题，降低了系统安装和使用的要求，五个相机在安装时，并不需要调整相机视场到象元级精度，只要求五个相机的视场大致相同并保证同步曝光即可。而且更换不同焦距的镜头和不同的滤光片也不会受到配准的限制。增加了多光谱相机系统的灵活性和实用性。
刘团结, 童庆禧, 郑兰芬, 汪骏发[2]2002年在《一种航空多光谱数字相机系统的设计与实现》文中研究表明介绍了一种基于面阵CCD传感器件的航空多光谱数字相机系统的设计和实现,该系统的核心部件是1024×1024象元的面阵CCD相机,系统采用更换滤光片的方法来获得针对不同应用的最佳多波段组合,解决了多相机曝光参数实时控制、多相机同步触发、多通道高速数据采集、图像数据高速记录等问题,集成了GPS系统,并成功进行了一系列地面实验和航空遥感实验。
卫征[3]2006年在《多模态CCD相机系统（MADC）构像方式和数据处理研究》文中研究表明研制大面阵CCD航空数字相机系统是当前国际航空遥感技术发展的一个重要方向，对于推动我国航空遥感技术的发展和航空摄影测量设备的数字化进程，提高国内航空数字遥感技术的水平、降低对国外同类产品的严重技术依赖、满足国内对高精度、高分辨率航空遥感影像的迫切需求有着重要的意义和极大的视场价值。 中科院遥感所高光谱遥感研究室研制出多模态航空数字相机系统(MADC)。MADC系统由3台4K×4K的大面阵CCD数字相机组成。根据这些相机不同位置和姿态的组合，可以形成宽视场、多光谱和立体成像3种模式。该系统能够与空间定位定向系统(POS)连接，根据特制的快门控制系统可以实现多台相机按照设定时间间隔的同步曝光，并同时与POS数据按时间进行关联。因此，与常规的航空数字摄影设备比较，除了数字成像外，多模态、多光谱可选以及与飞机位置姿态测量系统链接是MADC系统的重要特点。 本文在国内首次针对MADC系统各种工作模式的成像机理、该系统的标定及利用POS数据对获取影像进行几何精校正处理等方面进行了详细研究。论文的主要研究内容包括： (1) 对MADC系统的成像模式进行简化，抽象形成MADC系统成像的基本(组合)模式，并对其成像几何关系进行了详细的分析研究，得出了关于MADC系统成像、乃至涉及多角度遥感成像机理的一系列重要结论和推论。 (2) 对MADC系统在实际作业时受到的几何干扰因素进行了研究分析，尤其是给出了大气折射、地面起伏、地球曲率等因素对面阵CCD成像的干扰模型，得出了大气折射和地球曲率的干扰不容忽视的结论。 (3) 针对MADC系统的检校，研究了镜头的畸变改正模型和影像的畸变改正。基于单片后方交会，给出了基于地面控制点和POS数据的各相机光轴偏斜角度和前节点空间位置的解算方法。 (4) 研究了POS数据与线阵CCD推扫数据和面阵CCD拍摄数据的关联，给出了针对面阵CCD的关联方案，解决了变多中心投影影像为单一投影中心影像的难题。 (5) 研究了POS数据与线阵CCD推扫数据和面阵CCD拍摄数据的关联，给出了针对面阵CCD的关联方案。 (5) 研究了MADC系统多光谱模式和立体成像模式的成像效果，评价了滤光片的工作效果以及提出了多种可能的立体成像方式。
祝汉锋[4]2009年在《MADC宽视场相机系统几何校正》文中研究指明航空遥感是遥感的重要组成部分,是主要的遥感数据源之一。研制大面阵CCD航空数字相机系统是当前国际航空遥感技术发展的一个重要方向,对于推动我国航空遥感技术的发展和航空遥感设备的数字化进程有着重要的意义。中国科学院遥感应用研究所高光谱遥感研究室研制出多模态航空数字相机系统(MADC)。MADC系统由3台4K×4K的大面阵CCD数字相机组成。根据这些相机不同位置和姿态的组合,可以形成宽视场、多光谱和立体成像3种模态。该系统能够与空间定位定向系统(POS)连接,根据特制的快门控制系统可以实现多台相机按照设定时间间隔的同步曝光,并同时与POS数据按时间进行关联。本文主要研究了MADC宽视场模态相机系统的几何校正,具体内容包括:(1)从设计思想、工作原理、系统组成等几个方面,全面介绍了MADC宽视场相机系统。(2)根据共线方程,详细推导了MADC宽视场相机系统几何校正的数学模型,并介绍了用该模型进行MADC系统检校和对影像进行几何校正和拼接的过程。(3)通过几何校正场相关概念以及几何校正场的布设方案,详细介绍了MADC几何校正场的相关理论。此外,还介绍了POS系统及POS数据的处理过程。(4)通过具体试验对几何校正数学模型进行了验证,得到了经过几何校正和拼接后的宽幅影像,并对其进行精度评价。
罗斌[5]2011年在《基于CMOS图像传感器的多光谱遥感成像系统几个关键问题研究》文中进行了进一步梳理多光谱成像探测技术是新一代的光电遥感探测技术,它能获取和显示地物的精确颜色信息,所获取的数据包含更多的光谱信息,具有“图谱合一”的特征,同时多光谱成像技术能很好地克服“同色异谱”现象,能够准确有效地对目标地物进行成像探测和识别,因此在天文学、军事侦查、环境监测等领域具有非常广阔的应用前景,得到了广泛的关注,目前已经成为国内外学者研究的一个热点。本文在系统总结多光谱遥感探测技术的发展基础和现状、研究CMOS图像传感器结构及工作原理的基础上,重点针对基于CMOS图像传感器的多光谱成像系统的研制及其相关的几个关键问题展开研究,本文的主要研究内容和研究成果归纳如下：1.在充分研究CMOS图像传感器的结构、成像原理、数据读出方式以及多种光谱成像系统原理及结构的基础上,提出了单相机加薄膜干涉滤光片的多光谱成像系统设计方案,国内首次完成了一台单CMOS相机加薄膜干涉滤光片模式的原理样机研制。系统结构方式为在定焦光学镜头前端配置薄膜干涉滤光片来构建光路系统,镜头和相机通过专用机械结构相连接。薄膜干涉滤光片波段参考了当前主流对地观测卫星的指标,选取13个波段来定制滤光片,可以根据探测要求的不同进行波段组合成像。自主开发了CMOS传感器驱动电路和控制电路,能够实现手动、自动拍摄功能控制。2.通过研究光谱图像的滤波算法,提出了基于信噪比的组合评估光谱图像质量的方法,能够更好地完成图像预处理及对图像质量的定量评价。首先基于Matlab环境进行图像数据滤波功能的算法实现,对图像进行预处理,通过计算结果分析,得出了不同算法的滤波效率评估,然后在Visual C++环境下进行光谱影像信噪比的软件算法实现,对光谱影像质量作出定量评价,验证了CMOS成像系统的光谱成像能力。3.针对影响CMOS图像传感器成像质量的噪声问题,研究噪声的产生原因和分类,并提出有效的噪声抑制方法,对于提高CMOS图像传感器成像质量和推动CMOS图像传感器技术的发展有重要意义。4.针对如何提高光谱探测精度和效率的问题,研究了多光谱成像系统模型,得出了像元亮度值(DN)输出的传递函数表达,提出了用Monte Carlo模拟多光谱成像物理过程的方法,建立了详细模拟流程并进行了初步数学推导,对于提高多光谱探测的精度和效率,推动多光谱探测技术的发展有重要意义。
赵桂华[6]2012年在《大面阵CCD数字航空相机影像预处理技术研究》文中研究表明随着微电子技术的快速发展和测绘技术的进步，大面阵CCD图像传感器替代传统航空胶片使航测相机直接获取数字影像已成为摄影测量与遥感领域的主要发展趋势。数字影像预处理作为数字相机影像处理的关键技术成为相关技术人员关注和研究的热点。本文针对我国自主研发的、基于“六合一”设计理念的大面阵CCD数字航测相机DMZ影像预处理技术进行研究，深入探讨和分析影像预处理中的关键技术——几何校正和辐射校正技术，提出了基于多相机联合的子影像几何校正拼接的技术方案和基于实验室照度试验的模板法辐射校正方法；利用汉中检校场影像设计了一套相应的数据处理流程。同时，针对数字遥感影像中典型的薄雾现象提出了基于暗原色的薄雾去除改进算法，验证了此方法的正确性和有效性。本文完成的主要工作有以下几点：1．回顾了大面阵CCD数字航空相机的发展概况，比较了当今国内外流行的几种大面阵CCD数字航空相机的性能，分析了典型的大面阵CCD数字航空相机影像预处理的技术策略与方法，明确了进行数字影像预处理研究的必要性与现实意义。2．阐述了大面阵CCD数字航空相机系统DMZ的基本组成及其成像原理，分析了DMZ全色光路中引入分光装置带来的几何误差和辐射误差，针对不同误差源给出了提高影像质量和精度的误差改正模型。3．根据DMZ全色子影像的特点，提出了对DMZ全色子影像进行辐射校正的总体实现思路，设计了基于实验室照度的试验模板，根据所设计的辐射校正模板对DMZ所获取的影像数据进行了辐射处理与分析，得出了相应的试验结果。4．根据雾图像成像模型和暗原色先验知识，提出了基于暗原色先验知识的航空面阵遥感影像薄雾去除的改进算法，实现了雾图像模型中透射率的快速解算，结合图像对比度的自适应调整，得到了快速和有效的去雾效果。5．阐述了几何校正数学模型和重采样的常用方法，梳理和分析了DMZ影像进行几何校正的思路，提出了基于多相机联合的影像几何校正拼接方案，设计了等效虚拟影像的生成流程。利用汉中检校场数据进行了纠正拼接试验，并通过空叁平差计算进行试验精度验证与评价，对新型DMZ的几何校正方法进行了探索性研究。
王超[7]2017年在《轻小型叁线阵航摄仪关键技术研究》文中研究说明叁线阵航摄仪通过叁个视角的线阵推扫成像,可以有效提高立体测绘精度,降低摄影测量过程对地面控制点的依赖,并且提供了多光谱成像的扩展能力,在数据生产效率和影像质量方面有明显的优势。几款主流的叁线阵航摄仪存在体积大、重量大、操作复杂、时效性差等缺点,相比之下,轻型机和无人机遥感系统具有续航时间长、成本低、机动灵活、操作简便等优点。因此本课题将重点研究轻小型叁线阵航摄仪系统的关键技术,突破叁线阵航摄仪轻小型化工程应用的关键难题,实现系统在测绘遥感领域中的规模化应用。本课题所研究的关键技术主要围绕航摄仪的光学成像技术和制图测量技术展开,主要研究的内容包括以下几点:1.提出了轻小型叁线阵航摄仪系统的成像模式和总体方案,给出了航摄仪的指标体系和结构布局,提出了基于单镜头搭配新型COMS光电探测器的成像系统方案。完成了像方远心光学系统和双高斯光学系统的设计与优化,并对光谱特性、调制传函、系统畸变、像差、相对照度均匀性、公差分配、体积重量和加工装调难度等进行了详细的对比与分析。由于光谱特性、畸变参数、成像能力和环境适应性的优势,选用了像方远心光学系统的镜头结构形式。该光学系统的视场达到80°,在80lp/mm的空间频率处,光学系统调制传递函数优化至0.4,系统畸变最大值优化至0.1%,并且光学元件重量控制在1.3kg以内。经过光学系统的环境适应性分析,选择了温度适用范围更优的钛合金材料,对环境温度、大气压强和航摄高度进行了仿真计算,并且对机载力学环境下的光机结构稳定性进行了仿真计算,各项指标均能满足系统总体要求。2.基于航空测绘遥感领域的应用需求,该航摄仪系统的制图精度需要达到1:500、1:1000和1:2000比例尺标准的精度等级。根据摄影测量理论的前方交会原理,分析推导了轻小型叁线阵航摄仪直接定向模式下的地物定位误差模型,并完成了系统各误差项的敏感度分析,得到位置测量精度、姿态测量精度、相机标定精度等主要误差项。并结合系统体积重量的约束,对关键组件进行了选型。对叁线阵航摄仪的数据时钟同步系统进行了设计与分析,提出了校时、守时和用时的数据同步流程,同步精度达到微秒量级,实现了航摄仪系统外方位元素和线阵影像的高精度配准。最后,将多余度影像匹配和空中叁角测量环节融入制图精度分析模型中,得到该系统的航测成果平面定位精度能够达到0.3m,数字高程模型精度可达到0.25m。3.提出了基于衍射光学元件的相机几何参数标定系统方案,该方法具有精度高、成本低、分析速度快等特点。对系统中的激光器、准直透镜、空间滤波器和滤光片等关键组件进行了分析与选型,利用模拟退火算法,对衍射光栅的掩模板图案和坐标参数进行了优化设计。在标定系统中,对基于径向畸变约束的相机标定算法进行了改进,设计并开发了相机标定数据处理流程和软件,最终将量测相机内方位元素的标定精度提高至微米量级,完成与室外叁维标定场测试结果的对比分析。另外,介绍了叁线阵航摄仪系统视准轴误差的检校原理,给出系统姿态测量的坐标变换关系,提出综合数据时钟同步的视准轴误差的解算模型。利用航摄任务中的地面检校场,通过空中叁角测量法,对系统视准轴误差进行了解算与修正。利用相机标定检校数据,完成了典型地貌的测图精度试验,其测图精度结果满足国家标准规定的大比例尺制图精度要求。
曹丛峰[8]2017年在《基于滤光片阵列分光的无人机载多光谱相机系统研究》文中认为高分辨率多光谱遥感影像从影像的空间结构和光谱特征两方面观测地物,提供了更多有价值的信息,在植被、农业、森林、环境保护和灾害应急等遥感应用中具有非常大的优势和潜力。随着遥感应用的深入和精细化,更为机动灵活的遥感平台,如低空无人机及飞艇,逐渐与传统遥感方式如卫星和航空遥感技术形成互补,并受到越来越多的关注。相比于维护与转场成本高昂的飞艇,低廉的无人机遥感正在成为获得高分辨率遥感数据的重要途径之一。基于轻小型无人机的高分辨率多光谱遥感应用成为整个行业关注的热点。基于轻小型无人机的高分辨率多光谱遥感数据被广泛应用在作物生长、产量评估、地质灾害评估以及环境监测领域。因此,基于无人机平台的高分辨率多光谱遥感从传感器设计和数据处理等方面对多光谱相机的研制提出了更迫切的需求及更高的要求。基于此,本文设计了一款适用于轻小型无人机的多光谱相机系统,可应用在植被遥感、农业遥感及森林遥感等行业。作者在考虑了轻小型无人机平台的搭载能力及任务执行能力后,采用了与传统多光谱相机不同的成像原理,在探测器前精确安装滤光片阵列,一次曝光得到地物目标分条带的分波段图像,通过飞行平台的前向运动获得每个条带区域的多光谱图像,经过处理后得到地物的高分辨率多光谱影像。这种设计利用平台的前向运动代替了相机旋转、扫描等机械运动,与传统多光谱相机比较,具有质量轻、体积小等特点,适用于轻小型无人机平台。同时,由于采用较大的探测器件,对比目前市场上的无人机载多光谱相机,本文相机能够获得更多的旁向像素数和更宽的旁向幅宽,提高了系统执行任务的效率。为了与本文设计的多光谱相机成像特点相适应,作者改进了目前常用的图像配准算法SURF算法,在不影响配准精度的情况下,提高数据处理效率,更好地满足了任务执行需求。本文的主要内容和研究成果有几个方面:(1)基于滤光片阵列分光的策略,研制了轻小型无人机载多光谱相机系统。(2)改进了目前常用的SURF图像配准算法,保证图像配准精度情况下提高了影像的配准效率。(3)在中科院怀来实验站进行了多次相机系统的无人机飞行试验,获取了第一手的研制相机原始图像;根据飞行试验和数据处理结果,就相机系统的改进更新、数据处理方法及流程等方面提出了意见及制定了发展路线图;为相机的实用化乃至今后的产业化提供技术基础。
何欣年[9]2000年在《航空数字相机的发展与应用》文中研究说明90年代迅速发展的航空数字相机已向传统的航空胶片摄影发出了挑战 ,它建立在当代多项高技术成果基础上并具有一系列优点 ,在各种遥感应用领域已显现了巨大的应用潜力。重点介绍了其国际发展概况 ,并就空间分辨率、作业效率、采集存贮技术、图像质量、平台运动影响、光谱响应和立体成像能力等问题进行了分析。预计它将是 2 1世纪航空遥感最具发展潜力的技术手段之一
陈巍然[10]2015年在《面向DMZ相机数据预处理的影像点特征匹配技术研究》文中认为随着摄影测量技术的发展,高分辨率面阵CCD数字航测相机已成为获取航空遥感数据采用主要技术手段之一,其影像预处理技术也成为了摄影测量工作者研究的热点。对于多面阵数字航测相机来说,影像匹配是相机影像预处理技术中的重要一环。本文主要针对国产新型多面阵数字航测相机DMZ相机影像预处理中的影像匹配技术进行了研究,根据DMZ相机影像的特点,提出适用于DMZ相机的全色影像匹配算法和全色影像与多光谱影像匹配算法,并通过试验验证了方法的有效性和适用性。本文的主要内容包括:1、回顾了数字航测相机的发展历程,阐述了多面阵CCD航测相机诞生的背景以及研制国产多面阵数字航测相机系统的必要性。分析了几款国内外主流多面阵航测相机的性能及其影像预处理技术。简单介绍了国产新型多面阵CCD航测相机DMZ相机系统,指出影像匹配技术在其数据预处理中的重要性。2、简单阐述了影像匹配的基本概念和几种常用的相似性测度,分析基于灰度匹配方法和基于特征匹配方法的原理,指出特征匹配算法的优势。重点介绍影像点特征匹配算法,列举了上世纪70年代末至今多种经典的点特征匹配方法,在此基础上分析了Harris算法、SIFT算法、BRIEF算法和ORB算法这几种具有代表性算法的基本原理。对常用的影像几何变换模型的特点和适用性进行了分析。3、针对DMZ相机全色子影像的特点,把SIFT算法和ORB算法应用到相邻全色子影像的匹配中,并进行试验和分析。在此基础上提出一种更适用于DMZ相机全色影像的匹配算法,该算法基于Harris算法和归一化互相关系数,采用影像分块、局部搜索的匹配策略和基于像点坐标偏移的误匹配点自动剔除算法,通过最小二乘匹配实现高精度定位,并利用自由网平差优化匹配结果。4、根据DMZ相机多光谱影像的特点,把SIFT算法应用到多光谱影像与全色子影像的匹配中,并进行试验,分析其可行性与局限性。针对SIFT算法的局限性,引入由粗到精、分块匹配和自适应阈值叁种匹配策略进行改善,使其更加适用于DMZ相机全色与多光谱影像的匹配处理。5、根据本文算法原理开发了影像特征匹配试验软件。采用汉中试验区影像进行匹配测试,结果显示,全色影像匹配算法的匹配精度为0.2~0.3个像素、同名点分布状况好、具有良好的稳定性;全色影像与多光谱影像匹配算法相较于原始SIFT算法速度提高了3倍多、同名点分布状况更好、匹配精度为0.4个像素,验证了本文算法的有效性和适用性。
参考文献：
[1]. 航空多光谱数字相机系统关键技术及应用研究[D]. 刘团结. 中国科学院研究生院（遥感应用研究所）. 2002
[2]. 一种航空多光谱数字相机系统的设计与实现[C]. 刘团结, 童庆禧, 郑兰芬, 汪骏发. 成像光谱技术与应用研讨会论文集. 2002
[3]. 多模态CCD相机系统（MADC）构像方式和数据处理研究[D]. 卫征. 中国科学院研究生院（遥感应用研究所）. 2006
[4]. MADC宽视场相机系统几何校正[D]. 祝汉锋. 中南大学. 2009
[5]. 基于CMOS图像传感器的多光谱遥感成像系统几个关键问题研究[D]. 罗斌. 北京邮电大学. 2011
[6]. 大面阵CCD数字航空相机影像预处理技术研究[D]. 赵桂华. 解放军信息工程大学. 2012
[7]. 轻小型叁线阵航摄仪关键技术研究[D]. 王超. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所. 2017
[8]. 基于滤光片阵列分光的无人机载多光谱相机系统研究[D]. 曹丛峰. 中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所). 2017
[9]. 航空数字相机的发展与应用[J]. 何欣年. 遥感技术与应用. 2000
[10]. 面向DMZ相机数据预处理的影像点特征匹配技术研究[D]. 陈巍然. 长安大学. 2015
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