專利名稱：基于航空tdi-ccd成像誤差振動模型的圖像恢復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空TDI-C⑶成像誤差補(bǔ)償技術(shù)，具體涉及基于對低空飛行器 TDI-CCD成像振動狀態(tài)的分析和對由振動引起的TDI-CCD成像姿態(tài)變化的分析下的成像誤 差模型建立方法，以及利用所建模型的圖像恢復(fù)方法。本方法用于在光機(jī)和電子補(bǔ)償后， TDI-CCD拍攝圖像的算法補(bǔ)償過程，以獲得更高精度的成像效果。
背景技術(shù)：
通常，航空飛行器上承載的時間延遲積分電荷耦合器件(TDI-C⑶)成像裝置會采 用光機(jī)補(bǔ)償、電子補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式，對成像進(jìn)行補(bǔ)償。其中，光機(jī)補(bǔ)償、電子補(bǔ) 償?shù)姆绞焦倘挥行?，但由于系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜度和成本問題、時間反應(yīng)的靈敏度等因素，這兩 種補(bǔ)償方式的補(bǔ)償精度具有一定的局限性。軟件補(bǔ)償可以用于拍攝后的圖像恢復(fù)，但如果不結(jié)合TDI-C⑶成像的環(huán)境和特 點，通用的方式也只能在一定程度上補(bǔ)償成像誤差，圖像的恢復(fù)效果不易達(dá)到更理想的狀 態(tài)。因此，正確分析TDI-C⑶的成像誤差狀態(tài)，獲得可以正確反映TDI-C⑶成像時的調(diào)制傳 遞函數(shù)(MTF)，對于提高基于軟件補(bǔ)償?shù)膱D像恢復(fù)精度具有十分重大的意義。那么，對于已經(jīng)生成的圖像，軟件補(bǔ)償最應(yīng)該考慮的是哪些方面的成像誤差呢？ 難以用硬件補(bǔ)償修正的誤差是需要考慮的因素。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)振動和無法彌補(bǔ)的前向像移 弓I起的成像誤差，才是真正應(yīng)該由軟件方式補(bǔ)償?shù)姆矫?。低空TDI-C⑶成像時，成像誤差主要發(fā)生在下面兩個方面前向像移和成像姿態(tài) 的變化。前向像移是景物在TDI-CCD積分方向上的像移速率與數(shù)據(jù)向外傳遞的速率不同步 造成的。目前的文獻(xiàn)中，針對TDI-C⑶成像過程中的前向像移造成的成像誤差描述已經(jīng)十 分成熟，補(bǔ)償方面也具備了很豐富的算法；關(guān)于成像姿態(tài)的變化帶來的成像誤差的描述，主 要集中在星載TDI-C⑶成像方面，對于航空環(huán)境下成像的全面分析比較少。實際上，航空條件下，TDI-C⑶成像時的姿態(tài)是會隨著當(dāng)時所處的環(huán)境而變化的。 當(dāng)姿態(tài)發(fā)生了變化，不僅前向像移參數(shù)，一些其它方向的位移量也一定會受到相應(yīng)的影響。 所以，除了前向像移的成像不同步問題，再考慮成像姿態(tài)的變化帶來的各個方向的位移誤 差，才有可能比較真實地描述當(dāng)時的成像狀態(tài)。然而，目前成像的軟件補(bǔ)償方法沒有將大氣環(huán)境的描述與成像姿態(tài)的變化建立聯(lián) 系，因此不能真實地描述成像狀態(tài)，使得成像恢復(fù)精度難以提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于航空TDI-C⑶成像誤差振動模型的圖像恢復(fù)方法，該方法 綜合考慮了環(huán)境引起的振動狀態(tài)與成像姿態(tài)之間的關(guān)系，認(rèn)為低頻振動是成像姿態(tài)變化的 原因，并將低頻振動和成像姿態(tài)的變化關(guān)聯(lián)起來，從而合理地勾畫出振動狀態(tài)下的TDI-CCD 成像誤差描述公式，利用該成像誤差描述公式恢復(fù)圖像可以提高成像恢復(fù)精度。該方法包括以下步驟
將環(huán)境振動頻率分為低頻振動和高頻振動，不考慮超高頻振動；將低頻振動認(rèn)為是隨機(jī)振動，由此建立低頻振動模型；基于低頻振動模型，將低頻振動分解為X、Y、Z這三個方向的位移，分別建立X、Y、 Z方向上的位移表達(dá)式；其中，方向X為CCD積分方向，方向Y垂直于CCD積分方向，方向Z 垂直于(XD成像平面；在進(jìn)行軟件恢復(fù)時，在TDI-C⑶成像瞬間，根據(jù)X、Y、Z方向上的位移表達(dá)式計算各 方向的位移量，根據(jù)各方向上的位移量大小，選擇X、Y、Z方向中的一個或多個方向?qū)?yīng)的 恢復(fù)算法，通過將相應(yīng)方向上的位移表達(dá)式代入選定的恢復(fù)算法，對采集圖像進(jìn)行低頻振 動誤差補(bǔ)償；根據(jù)低頻振動誤差補(bǔ)償后的圖像，確定高頻振動的方向和頻率，將高頻振動認(rèn)為
是所確定方向和頻率上的簡諧振動，用零階一類貝塞爾函數(shù)對圖像進(jìn)行高頻振動誤差補(bǔ) m其中，將振動頻率分為低頻振動和高頻振動為設(shè)te是TDI-CCD的積分周期，T是振動周期；當(dāng)^ < ^時為低頻振動，當(dāng)i < ^《3
時為高頻振動；當(dāng)3時為超高頻振動。其中，所述基于低頻振動模型，將低頻振動分解為X、Y、Z這三個方向的位移，為X方向的位移量為 Y 方向的位移量為:
； Z方向的位移量為 其中，N是TDI-C⑶的積分級數(shù)，dn表示基于TDI-C⑶的積分級數(shù)積分；x，y是各 像素點的空域坐標(biāo)值，K為一選定的常數(shù)；e _ = K o ； e _是e的最大值，根據(jù)隨機(jī)模 型的特點，e =、= 9y= ep，、，ey，ep分別為飛行器的橫滾角、偏航角和俯仰角。其中，對于X方向，選取X方向的恢復(fù)函數(shù)為 其中，u，v是圖像各像素點在頻域內(nèi)的位置坐標(biāo)值，Slow_x為根據(jù)低頻振動模型分 解得到的X方向的位移表達(dá)式；當(dāng)X方向的位移量大于或等于1/3個像素點的大小時，使用該X方向的恢復(fù)函數(shù) 恢復(fù)圖像；否則，不進(jìn)行X方向的圖像恢復(fù)；其中，對于Y方向，Slow Y為根據(jù)低頻振動模型分解得到的Y方向的位移表達(dá)式；當(dāng) Y方向的位移量大于4個像素點，則使用Y方向的恢復(fù)函數(shù)Y = Y0-S1ow_y恢復(fù)圖像；否則，不 進(jìn)行Y方向圖像恢復(fù)；其中，I表示像素點的原坐標(biāo)。由以上所述可以看出，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
1)本發(fā)明在考慮振動的時候，根據(jù)振動頻率的特點，劃分了低頻、高頻和超高頻振動區(qū)域，利于對不同的振動區(qū)域選擇不同的成像誤差模型。確立了 TDI-CCD成像過程中的 高頻振動、低頻振動和超高頻振動的頻率分類標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)有利于十分清晰地分解振動 頻率的范圍，從而基于低頻和高頻振動對成像的不同影響效果，選擇不同的恢復(fù)模型作用 于圖像的恢復(fù)過程2)本發(fā)明將低頻振動作為TDI-CCD運動姿態(tài)變化的主要原因，對于低頻振動，不 考慮某個具體的振動頻率，而是按照具有高斯白噪聲特點的隨機(jī)振動進(jìn)行處理。因此，認(rèn)為 飛行器姿態(tài)變化的角度具有高斯隨機(jī)分布的特點，振動的幅度與ο值相關(guān)，從而減少了模 型描述的變量，降低了模型復(fù)雜程度。 3)本發(fā)明考慮到不同方向的位移會造成不同的成像誤差效果，在低頻振動模型與 TDI-CCD成像姿態(tài)之間建立了直接的聯(lián)系。所以，將低頻振動分解成三個方向的位移，對于 低頻振動造成的不同方向的成像誤差，分別使用不同的誤差描述方法進(jìn)行恢復(fù)，從而提高 了圖像恢復(fù)精度。


圖1為本發(fā)明的一種高精度航空TDI-C⑶成像誤差振動模型分析的方法原理圖；圖2(a)本發(fā)明中有關(guān)偏航角狀態(tài)下位移速度在X、Y、Z三個方向的分解示意圖。圖2 (b)為本發(fā)明中有關(guān)俯仰角狀態(tài)下位移速度在X、Y、Z三個方向的分解示意圖。圖2(c)本發(fā)明中有關(guān)橫滾角狀態(tài)下位移速度在Χ、Υ、Ζ三個方向的分解示意圖。圖3為本發(fā)明基于航空TDI-C⑶成像誤差振動模型的圖像恢復(fù)方法的流程圖。圖4為本發(fā)明中有關(guān)偏航角、俯仰角、橫滾角狀態(tài)時的各方向位移速度振動模量 之間的關(guān)系示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。該發(fā)明是針對存在光機(jī)補(bǔ)償和電子補(bǔ)償?shù)暮娇誘DI-CCD成像系統(tǒng)進(jìn)行圖像效果 的軟件補(bǔ)償而設(shè)計的。航空TDI-C⑶的成像姿態(tài)是會隨著當(dāng)時所處的環(huán)境而變化的。當(dāng)成像姿態(tài)發(fā)生了 變化，成像誤差也會隨之發(fā)生。在已經(jīng)具備光機(jī)補(bǔ)償和電子補(bǔ)償?shù)腡DI-C⑶成像系統(tǒng)中，造 成成像姿態(tài)改變的主要因素是振動。振動可以分為低頻振動、高頻振動和超高頻振動。低頻振動是飛行器在低空飛行 時大氣湍流引起的振幅相對較大的振動，低頻振動形式對成像姿態(tài)的影響最為明顯。高頻 振動是頻率高和振幅小的振動形式，高頻振動因為它的特點，根本無法引起飛行器整體狀 態(tài)的較大幅度的偏轉(zhuǎn)，從而不會影響飛行器的運動姿態(tài)，因此高頻振動通常不影響成像姿 態(tài)，但會造成圖像一定程度的模糊。而超高頻振動可以認(rèn)為不影響成像質(zhì)量。可見，在已經(jīng)具備光機(jī)補(bǔ)償和電子補(bǔ)償?shù)腡DI-C⑶成像系統(tǒng)中，造成成像姿態(tài)改 變的因素包括低頻振動和高頻振動，在建立飛行器誤差振動模型時，不需要考慮超高頻振 動的影響。而且，低頻振動對成像姿態(tài)的影響最為明顯，因此把低頻振動模型與成像姿態(tài)的 變化結(jié)合起來，無疑是分析TDI-CCD成像過程的好想法。
低頻和高頻兩種振動方式，因為對飛行器的作用特征不一樣，無法用相同的模型 來描述，從而恢復(fù)算法的考慮角度也存在差異。所以，如何劃分低頻和高頻振動，也是解決 TDI-C⑶圖像軟件補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵問題之一。鑒于以上分析，本發(fā)明提供了一種基于航空TDI-C⑶成像誤差振動模型的圖像恢 復(fù)方法，該方法首先是根據(jù)振動環(huán)境的振動頻率建立低頻誤差振動模型和高頻誤差振動模 型，再將低頻誤差振動模塊分解成三個方向的位移表達(dá)式，針對三個方向的位移表達(dá)式和 高頻誤差振動模型設(shè)置相應(yīng)的恢復(fù)算法，在恢復(fù)圖像時，根據(jù)低頻和高頻誤差振動模型對 應(yīng)的恢復(fù)算法恢復(fù)圖像。如圖1所示，航空TDI-C⑶成像系統(tǒng)在處于振動環(huán)境下時，可能 會兼有低頻和高頻 振動的影響。因為振動會造成成像系統(tǒng)姿態(tài)的變化，從而在χ，γ，ζ三個方向產(chǎn)生位移向量。 如果沒有其它外界因素的影響，低頻振動是最可能引起飛行器姿態(tài)變化的外界因素。所以， 在圖1中期望將低頻振動的相關(guān)特征與俯仰角、偏振角和橫滾角之間建立聯(lián)系。圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)是基于低頻振動模型，飛行器各方向的速度分解圖。其 中，Vfmy、Vfmp和Vfnff分別是各姿態(tài)下的位移速度。其中θ y、θ ρ、θ ^分別表示偏航角、俯仰角 和橫滾角。各姿態(tài)下的位移速度，沿Χ、Υ、Ζ各方向分解得到如圖2所示的分量。綜合分析， 就可以得到在這三個不同方向位移量的描述，基于此可以對不同方向使用符合各自特征的 模型進(jìn)行圖像的恢復(fù)處理。下面對本發(fā)明基于航空TDI-C⑶成像誤差振動模型的圖像恢復(fù)方法進(jìn)行詳細(xì)描 述。步驟1、將環(huán)境振動頻率分為低頻振動和高頻振動，不考慮超高頻振動。設(shè)TDI-CCD的積分時間為te，環(huán)境的振動周期為T。本發(fā)明高頻振動和低頻振動
的頻率分類，是基于來劃分的。具體來說，將的區(qū)域確定為低頻振動區(qū)域，即一次振動會讓至少4個像素點的區(qū)域發(fā)
T 4
生成像誤差。因為低頻振動被認(rèn)為是大氣湍流造成，所以，根據(jù)大氣湍流本身的特點，認(rèn)為 在大氣湍流影響下的飛行器的偏航角、俯仰角、橫滾角的分布都符合隨機(jī)變化的規(guī)律性。將的區(qū)域確定為高頻振動區(qū)域。也就是說，振動周期小于積分時間的4
4 T
倍，而又大于積分時間1/3的范圍。這一個區(qū)域，是大于1/3個成像像素點，而小于4個成 像像素點的范圍內(nèi)；被認(rèn)為是符合某個單頻率的某個角度方向上的簡諧振動規(guī)則。將爭> 3的區(qū)域確定為超高頻振動區(qū)域，即一個振動周期發(fā)生在小于1/3個像素點
的成像時間內(nèi)。這種超高頻振動，被認(rèn)為對圖像沒有明顯的成像誤差的作用，本發(fā)明不需要 考慮超高頻振動環(huán)境下的圖像恢復(fù)問題。步驟2、將低頻振動認(rèn)為是隨機(jī)振動，由此建立低頻振動模型。低頻振動被認(rèn)為可以用隨機(jī)振動模型來模擬。因為大氣湍流引起的低頻振動頻率 分布寬，隨機(jī)性強(qiáng)。所以，用高斯白噪聲模型對點擴(kuò)散函數(shù)(PSF)加以描述 在高斯白噪聲模型中，飛行器的姿態(tài)用極坐標(biāo)方式表示，如圖4。因為高斯白噪聲 模型的功率譜為常數(shù)，平均位移為零的振動形式，而低頻振動下的頻率范圍是在一定的限 制范圍內(nèi)。所以，模量值IRI可以認(rèn)為是與標(biāo)準(zhǔn)離差成正比例關(guān)系的常數(shù)。要得到PSF函 數(shù)，則可以用σ代替這個常數(shù)來使用，S卩ι R| = O。根據(jù)圖4，Vfmy、Vfmp和Vf 分別位于相互垂直的三個平面上。則R可以表示成這三 個量直和的形式，即
(3)也可以認(rèn)為
(4)將各方向位移速度定義為TDI-C⑶一個積分級內(nèi)移動的像素點距離，單位為像素 /級?？梢哉J(rèn)為，在各方向的位移量，是各方向的位移速度基于TDI-CCD積分級數(shù)的積分值， 以像素為單位。以此推導(dǎo)出各位移速度下的位移量描述公式。步驟3、基于低頻振動模型，將低頻振動分解為X、Y、Z這三個方向的位移，分別建 立Χ、Υ、Ζ方向上的位移表達(dá)式。這三個方向為C⑶積分方向X、垂直于CXD積分方向的方 向Y、以及垂直于C⑶成像平面的方向Z ；其中方向X造成前向像移，方向Y造成行錯位的像 差，方向Z造成徑向模糊誤差。低頻振動發(fā)生時，飛行器前向移動速度不為零。在低頻振動的影響下，飛行器的姿 態(tài)容易發(fā)生變化，造成飛行方向的偏轉(zhuǎn)，造成偏航角、俯仰角、橫滾角的變化，引起各方向瞬 間位移量的變化。所以將偏航、俯仰、橫滾狀態(tài)按照這三個方向進(jìn)行分解，就可以得到各方 向的位移變化模型。本實施例正是考慮到不同方向的位移會造成不同成像誤差效果，因此基于具有高 斯分布特征的低頻振動模型，對TDI-CCD的偏航角、橫滾角和俯仰角的變化趨勢進(jìn)行了推 導(dǎo)描述；根據(jù)偏航角、橫滾角和俯仰角的變化趨勢，推導(dǎo)出三個方向的位移表達(dá)式。在分解過程中，因為低頻振動本身可以用高斯分布來描述，將偏航角、橫滾角和俯 仰角的姿態(tài)，以及由此產(chǎn)生的在TDI-CCD的積分時間內(nèi)的瞬間位移速率與高斯隨機(jī)分布的 描述建立聯(lián)系，然后通過積分獲得當(dāng)前像素點在一個完整積分周期內(nèi)，分別在X，Y，Z方向 的位移變化描述。具體來說，本步驟3包括以下子步驟1)建立低頻振動狀態(tài)下，基于偏航角描述的成像位移量。設(shè)在某個低頻振動時刻，飛機(jī)的偏航角為θ y，在偏航方向上的位移速度為Vfmy，則 Vfmy可以分解成X和γ兩個方向的速度，分別是IvfmyI -Cos ey, Ivfffly -Siney0則可以得 到在X方向的位移函數(shù)為Shw y X^,y) = Y^\Vfiny \-Cos θ々(5)其中，N是TDI-C⑶的積分級數(shù)；dn表示基于TDI-C⑶的積分級數(shù)積分。
在Y方向的位移函數(shù)為Slow yY(x,y) =|.徹 θ ydn(6)2)建立低頻振動狀態(tài)下，基于俯仰角描述的成像位移量。設(shè)在低頻振動狀態(tài)下，飛機(jī)的俯仰角為θ p，在偏航方向上的位移速度為Vfmp，則 Vfmp可以分解成X和Z兩個方向的速度，分別是|VfmphC0S ΘΡ, IvfmpI -Sin ΘΡ。則得到在X方向的位移函數(shù)為 在Z方向的位移函數(shù)為 3)建立低頻振動狀態(tài)下，基于橫滾角的成像位移量。設(shè)在低頻振動狀態(tài)下，飛機(jī)的橫滾角為θ ρ在偏航方向上的位移速度為Vf ，則 Vf 可以分解成Y和Z兩個方向的速度，分別是|Vf | · Sin 6r, Vfmr -Cos 0rO則可以 得到在Y方向的位移函數(shù)為 在Z方向的位移函數(shù)為 4)根據(jù)低頻振動狀態(tài)下，基于偏航角、俯仰角和橫滾角描述的成像位移量，推導(dǎo) X、Y、Z方向的成像位移量。因為隨機(jī)模型的特點，假定Vf = Vfffly = Vfmp，結(jié)合公式(4)則有這樣的結(jié)果 又假定
。則低頻振動下X、Y、Z三個方向的位移模型分別 是X方向的位移量可以表示為 Y方向的位移量可以表示為 Z方向的位移量可以表示為 在公式(12)、(13)、(14)中，認(rèn)為θ是符合高斯正態(tài)分布的數(shù)值，將 θ描述成正態(tài)分布的形式，代入上述公式，則(12)、(13)、(14)式可以表示成 (15) 其中，K是常數(shù)；x，y是各像素點的空域坐標(biāo)值。設(shè)θ _是θ的最大值，擬認(rèn)為
L = K. 0，其中K取值礙θ一、賴K營 營)。K值是一個與擺
本身特性、以及大氣湍流的能量相關(guān)的一個常數(shù)指標(biāo)。本發(fā)明中認(rèn)為大氣湍流的能量與描 述大氣湍流特征的隨機(jī)振動模型中的O值成正比關(guān)系。為了統(tǒng)一和減少位移描述公式中 的參數(shù)，故引入了 K參數(shù)值。K值需要在圖像恢復(fù)過程中根據(jù)采集圖像的特征判定。步驟4、針對Χ、Υ和Z方向的位移量分別設(shè)置相應(yīng)的恢復(fù)算法，利用針對各方向設(shè) 置的恢復(fù)算法恢復(fù)圖像。具體來說，(1)對于X方向設(shè)X方向的恢復(fù)函數(shù)為公式(19)描述的SINC函數(shù)，將本發(fā)明利 用低頻振動模型獲得了 X方向的位移量S1otxR入公式(18)中，獲得X方向的成像MTF函 數(shù)。即 U，V是圖像各像素點在頻域內(nèi)的位置坐標(biāo)值，當(dāng)位移量S1ot x小于1/3個像素點的 大小時，視為對X方向的成像質(zhì)量無影響，該模型不被使用，即不進(jìn)行X方向的圖像恢復(fù)。(2)對于Y方向Y方向的位移產(chǎn)生像素行的錯位效果。如果S1oty <4，則認(rèn)為可 以不需要進(jìn)行坐標(biāo)的平移變換，只需按照模糊效果由公式(18)進(jìn)行圖像恢復(fù)。如果位移量 大于4個像素點的尺寸，則使用坐標(biāo)變換的方式，按公式(19)修正像素點的位置，否則不進(jìn) 行Y方向圖像恢復(fù)；Y = Yci-S1oty(19)式中，Y。表示像素點的原坐標(biāo)。(3)對于Z方向Ζ方向的位移會造成x，y兩個坐標(biāo)維度方向的放射狀模糊。像素
在成像平面上的模糊度與+ J;2 *Slow-z值有關(guān)，根據(jù)+ Z可以確定Z方向
LL
的恢復(fù)函數(shù)，其中，L值是地面景物與成像器之間的距離。在獲知樽糊度與V3c2 +^2
值有關(guān)的基礎(chǔ)上，根據(jù)遞推求逆的方法，即可獲得恢復(fù)后的圖像。(4)在進(jìn)行軟件恢復(fù)時，在TDI-C⑶成像瞬間，根據(jù)X、Y、Z方向上的位移表達(dá)式計 算各方向的位移量，根據(jù)各方向上的位移量大小，選擇X、Y、Z方向中的一個或多個方向?qū)?應(yīng)的恢復(fù)算法，通過將相應(yīng)方向上的位移表達(dá)式代入選定的恢復(fù)算法，對采集圖像進(jìn)行低頻振動誤差補(bǔ)償。其中，選擇哪一個或那幾個方向?qū)?yīng)的恢復(fù)算法的方式已經(jīng)在本步驟4 的第(1) (3)點中進(jìn)行了闡述。步驟5、建立高頻振動模型和進(jìn)行高頻振動誤差補(bǔ)償。高頻振動被認(rèn)為是飛行器發(fā)動機(jī)等因素造成的高頻率、低幅度的振動方式。經(jīng)驗 上認(rèn)為，它屬于有固定方向和幅度的簡諧振動方式。因此本發(fā)明將高頻振動認(rèn)為是某個方 向上某個頻率的簡諧運動，從而建立高頻振動模型。其中，簡諧運動的方向和頻率是根據(jù)頻 域內(nèi)的圖像特征選定的，具體選定方法采用常規(guī)技術(shù)。因此，本步驟中，在低頻振動誤差補(bǔ)償后，根據(jù)低頻振動誤差補(bǔ)償后的圖像，確定 高頻振動的方向和頻率，將高頻振動認(rèn)為是所確定方向和頻率上的簡諧振動，用代表簡諧 振動的零階一類貝塞爾函數(shù)對圖像進(jìn)行高頻振動誤差補(bǔ)償。上述零階一類貝塞爾函數(shù)的描述形式，如公式(20)所示。 其中，‘是積分時間，!! = !!^)^^-“^^…θ h是選定的振動方向；f是選定的振 動頻率；A是振動幅度，u, V指的是圖像各像素點在頻域內(nèi)的位置坐標(biāo)值。綜合上述，基于俯仰角、偏航角和橫滾角在高斯白噪聲型低頻振動下狀態(tài)下相互 關(guān)系的分析，在進(jìn)行圖像恢復(fù)時，X和Y方向需要考慮兩個參數(shù)的變化常數(shù)值K和標(biāo)準(zhǔn)偏 差ο ；而Z方向的恢復(fù)可能會更復(fù)雜一些。不過，有了位移量的描述，各方向的恢復(fù)處理會 更明確。
權(quán)利要求
一種基于航空TDI-CCD成像誤差振動模型的圖像恢復(fù)方法，其特征在于包括了以下步驟將環(huán)境振動頻率分為低頻振動和高頻振動，不考慮超高頻振動；將低頻振動認(rèn)為是隨機(jī)振動，由此建立低頻振動模型；基于低頻振動模型，將低頻振動分解為X、Y、Z這三個方向的位移，分別建立X、Y、Z方向上的位移表達(dá)式；其中，方向X為CCD積分方向，方向Y垂直于CCD積分方向，方向Z垂直于CCD成像平面；在進(jìn)行軟件恢復(fù)時，在TDI-CCD成像瞬間，根據(jù)X、Y、Z方向上的位移表達(dá)式計算各方向的位移量，根據(jù)各方向上的位移量大小，選擇X、Y、Z方向中的一個或多個方向?qū)?yīng)的恢復(fù)算法，通過將相應(yīng)方向上的位移表達(dá)式代入選定的恢復(fù)算法，對采集圖像進(jìn)行低頻振動誤差補(bǔ)償；根據(jù)低頻振動誤差補(bǔ)償后的圖像，確定高頻振動的方向和頻率，將高頻振動認(rèn)為是所確定方向和頻率上的簡諧振動，用代表簡諧振動的零階一類貝塞爾函數(shù)對圖像進(jìn)行高頻振動誤差補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于航空TDI-C⑶成像誤差振動模型的圖像恢復(fù)方法，其特 征在于將振動頻率分為低頻振動和高頻振動，為設(shè)、是TDI-C⑶的積分周期，T是振動周期；當(dāng)^《！時為低頻振動，當(dāng)時為 高頻振動；當(dāng)時為超高頻振動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于航空TDI-C⑶成像誤差振動模型的圖像恢復(fù)方法，其特 征在于所述基于低頻振動模型，將低頻振動分解為X、Y、Z這三個方向的位移，為 X方向的位移量為 Y 方向的位移量為 Z方向的位移量為 其中，N是TDI-C⑶的積分級數(shù)，dn表示基于TDI-C⑶的積分級數(shù)積分；x，y是各像素 點的空域坐標(biāo)值，K為一選定的常數(shù)；e _ = K o ； e _是e的最大值，根據(jù)隨機(jī)模型的 特點，e =、= ey= ep，、，ey，ep分別為飛行器的橫滾角、偏航角和俯仰角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于航空TDI-C⑶成像誤差振動模型的圖像恢復(fù)方法，其特 征在于對于X方向，選取X方向的恢復(fù)函數(shù)為 其中，U，V是圖像各像素點在頻域內(nèi)的位置坐標(biāo)值，SlM X為根據(jù)低頻振動模型分解得 到的X方向的位移表達(dá)式；當(dāng)X方向的位移量大于或等于1/3個像素點的大小時，使用該X方向的恢復(fù)函數(shù)恢復(fù) 圖像；否則，不進(jìn)行X方向的圖像恢復(fù)；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于航空TDI-C⑶成像誤差振動模型的圖像恢復(fù)方法，其特 征在于對于Y方向，Slw Y為根據(jù)低頻振動模型分解得到的Y方向的位移表達(dá)式；當(dāng)Y方向 的位移量大于4個像素點，則使用Y方向的恢復(fù)函數(shù)Y = Y0-S1ow_y恢復(fù)圖像；否則，不進(jìn)行Y 方向圖像恢復(fù)；其中，I表示像素點的原坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于航空TDI-CCD成像誤差振動模型的圖像恢復(fù)方法，該方法將振動頻率分為低頻振動和高頻振動，不考慮超高頻振動；將低頻振動認(rèn)為是隨機(jī)振動，建立低頻振動模型；基于低頻振動模型，將低頻振動分解為X、Y、Z這三個方向的位移，建立X、Y、Z方向上的位移表達(dá)式；將高頻振動認(rèn)為是以設(shè)定方向上一設(shè)定頻率的簡諧振動，建立高頻振動模型；在進(jìn)行軟件圖像恢復(fù)時，在各方向上采用不同的圖像恢復(fù)算法，分別校正各方向因低頻振動造成的位移變化產(chǎn)生的成像誤差。該方法可以更合理地模擬航空成像的實際情況，利用本發(fā)明建立的模型可以提高TDI-CCD圖像恢復(fù)的精度。
文檔編號G06T7/00GK101872471SQ20101019907
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者倪國強(qiáng), 馮亮, 梁炯, 石明珠, 許廷發(fā) 申請人:北京理工大學(xué)