时空联合调制干涉成像光谱仪运动成像误差校正技术研究

admin · 发表于 2022-5-24 12:04:56

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时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪(TSMFTIS)是一种新型成像光谱仪，具有高通量、多通道和高稳定性等优点。由于其数据获取的特殊性，对承载平台的运动速度、运动姿态等具有较高的要求。国内外的相关研究工作主要集中于TSMFTIS的原理研究和仪器设计，缺乏针对平台姿态误差的影响分析和校正研究。为实现TSMFTIS的实际工程应用，本文对此展开了深入研究，主要内容包括：1、研究了TSMFTIS的原理和数据获取，建立了TSMFTIS的理想运动成像模型，包括前置光学系统模型和干涉系统模型两大部分。分别采用模拟光谱曲线和实际光谱数据立方体作为地面目标光谱，仿真了平台理想运动下TSMFTIS的成像过程，验证了模型的正确性。2、分析了平台的不同姿态(横滚、俯仰和偏航)对TSMFTIS的成像影响，推导了由于姿态变化导致的掺杂比表达式，建立了TSMFTIS的运动成像误差模型。利用实际光谱数据立方体作为地物目标的数据输入源，模拟了平台存在运动误差情况下TSMFTIS的成像过程，验证了上述模型的正确性。3、研究了现有的图像和光谱评价方法，提出了基于梯度的信息散度的光谱评价方法，以实现对TSMFTIS光谱图像误差校正效果的评价。通过对仿真光谱及实测光谱的评价实验，验证了所提方法相对于其它方法的优势。4、采用基于最大互信息和基于两步矩阵相乘的离散傅里叶变换的配准方法分别对TSMFTIS的光谱图像进行了配准，提出了基于高斯梯度的两步矩阵相乘离散傅里叶变换的图像配准方法，提高了配准精度。通过仿真实验进行了验证。5、采用插值法对TSMFTIS的光谱图像进行了校正，并提出了插值和递归搜索相结合的校正方法，提高了校正精度。通过仿真实验对比了不同方法的校正效果，并采用不同评价标准对校正前后的图像和复原光谱进行了比较评价，验证了所提方法的可行性。最后利用实际的仪器进行了实验验证。本文的主要创新点是：1、提出基于梯度的信息散度的光谱评价方法，以实现对TSMFTIS光谱图像误差校正效果的评价。2、提出基于高斯梯度的两步矩阵相乘离散傅里叶变换的图像配准方法，提高了配准精度。3、提出插值法和递归搜索法相结合的校正方法，以实现对TSMFTIS光谱图像误差的准确校正。

时空联合调制干涉成像光谱仪运动成像误差校正技术研究

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