基于MultI-scale拼接成像的宽视场高分辨对地观测系统的研究
宽视场和高分辨一直以来都是成像领域中两个对立而统一的目标。大范围视场注重观测目标的整体信息，而高图像分辨率则注重物体的细节信息。宽视场高分辨成像系统以其广阔的观测视野和目标分辨能力在对地观测领域如无人机对地航拍，地形地貌测绘，农作物探测等得到了广泛的应用。 传统的宽视场高分辨成像系统成像方法大致分为两种，即机械扫描成像和多相机拼接成像技术。机械扫描方法用成像系统对目标视场在时间维度上进行扫描存储，经过计算机处理后成像最后输出一幅完整宽视场高分辨图像。此方法可通过控制扫描角度和单幅图像像素值来获得目标视场和分辨率，但是扫描过程存在时间延续性，因此这种方法仅对静态场景有效，不适用于动态观测。多相机拼接成像则是通过多个相机的视场叠加来扩大整体观测视场，每个相机之间存在一定的重叠视场，然后通过视场拼接来获得整体宽视场图像。此方法能够实现目标场景的动态观测，但是单个相机视场仍然受到传统光学设计畸变的限制，过多的增加光学系统会提升系统复杂程度，加大相机光学参数的配合难度，同时也会带来体积和重量上的压力。 本文提出了一种基于Multi-scale成像理论和单中心球镜的成像方法，克服传统光学设计中边缘视场光学畸变的缺陷，获得大视场的同时保证成像分辨率。系统由两个完全相同的成像组件上下叠加组成，每个组件包含了一个单中心物镜和一个多孔径阵列，每个孔径对应各自的成像视场。以两个成像组件物镜中心的连线为轴心，旋转一定的角度来错开每个孔径的成像视场并保证一定的视场重叠用于后续的图像拼接。这种独特的结构设计保证了系统的紧凑型，减小了系统的体积和重量，提高了使用的便捷性，因而扩大了系统在对地航拍领域的应用范围。 本文的研究内容主要包括以下几个方面: 1.介绍了宽视场高分辨对地观测系统的研究背景，发展现状，以及几种典型方法的实例和各自的优缺点。由此引出本文提出的成像方法; 2.对本文提出的光学设计方法做了详细的光学原理描述，并对相关参数之间的关系给出了具体的数学表达式;对用于图像拼接的算法做了详细阐述; 3.基于该设计方法做了一个设计实例，进行了详细的模拟分析并进行了光学系统原型的构建; 4.对与光学系统相匹配的光机结构设计做了详细的描述，据此制造了一个完整的样机，并进行了实验测试。
对地观测系统;光学畸变;图像拼接;成像视场
浙江大学
硕士
测试计量技术及仪器
郑臻荣
2016
中文
TP751
70
2017-04-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）