学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于模拟实验及计算机仿真的CCD航天相机影像分辨力的研究

作　者: 陶家生
导　师: 何惠阳
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 航天光学遥感相机 CCD成像像质分辨力空间移变系统
分类号: V243
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 964次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

CCD航天光学遥感相机的成像与传统的胶片成像有着很大的差异，胶片的颗粒度相对于光学系统弥散斑来说它的大小可以忽略，而CCD探测器的像元尺寸一般来说是光学系统弥散斑的几倍，把以CCD探测器为接收器的光学成像系统看作是空间移不变系统会带来一定的理论上的近似，因而在理论上不能准确求得分辨力与像质的关系，所以在实践中又采用了平均意义的MTF。这里则采用模拟试验及计算机仿真的方法来研究在空间移变条件下的CCD遥感相机的影像分辨力和像质问题，这种研究不仅在理论上是一种补充，在工程实践上也很有实际意义。鉴于CCD探测器成像是数字化成像，所以本文采用计算机仿真和CCD相机模拟成像试验及理论分析的方法对CCD探测器的目标影像的分辨力与CCD像元分辨力的关系及像质进行了研究并获得如下主要结论。 1．首先仿真了物像与CCD探测器相对静止情况下的成像过程，仿真中的目标采用鉴别率板的图案即黑白相间的条带。通过仿真得到了CCD探测器的目标影像的分辨力与CCD像元尺寸的关系，当航天光学遥感相机的MTF较高(仿真中镜头的MTF=1)且目标为高对比度时，得到CCD探测器的目标影像分辨力是其像元尺寸a的1.6倍，其光学调制度传递函数MTF下降32％的结果。一般情况下取CCD探测器的目标影像分辨力是其像元尺寸的1.8倍较为适中，因为这时的MTF数值较大对系统的其它环节的指标压力较小，且图像较好地反映了目标图形的特征，此时其光学调制度传递函数MTF下降了11％。 2．为了使这种研究更具实际意义，接下来又仿真了像移和采样离散化共同作用下的成像，这实质是CCD探测器的动态成像过程。结论是：当目标条带的宽度一定时(仿真中取2a)，像移量的增加幅度与MTF的下降幅度为线性关系。当MTF一定时，随着像移量的增加目标条带宽度的增加趋势有所减小，具体数值是，当像移量为a／3、a／2、a时，相应的目标条带宽度为2a、2.11a和2.44a。说明像移量对CCD探测器影像的MTF的影响要大于对CCD探测器影像的分辨力的影响。 3．CCD探测器的动态成像过程的另一个重要结论是：在工程实际条件下，目标条带与CCD探测器的像元行方向平行与否的两种情况CCD探测器影像的基于模拟实验及计算机仿真的CCD航天相机影像分辨力的研究MTF相差小于1%，因此工程应用中可以考虑采用方向平行时的MTF作为相应情况下的MTF值。这样就为在工程实际中，在空间移变条件下，求取了CCD探测器影像的MTF、像元尺寸、影像分辨力和像移量四者之间的一个简洁的函数关系:材了万二1一(2+n一m)2—O 4n 4.采用仿真的方法和采用卷积方法的比较。在存在一个像元的像移量时在奈奎斯特频率处，卷积法的有像移的MTF值和理想的MTF值之比为0.591，仿真法在存在一个像元的像移量时，有像移的MTF值和理想的MTF值之比为0.667，从中看到了两者之间定量的差异。此外，对不同类型光学系统、不同遮拦比对MTF的影响及提高空间相机的影像分辨力的途径进行了简要的分析。

全文目录

第一章前言  9-24
  1.1 概述  9
  1.2 航天光学遥感成像技术的优势  9-10
  1.3 民用领域对航天光学遥感成像的需求  10-14
  1.4 军事应用对航天光学遥感成像的牵引  14-18
  1.5 光学制造技术对航天光学遥感成像技术的推动  18-19
  1.6 光学遥感成像技术的蓬勃发展  19-20
  1.7 航天光学遥感成像技术的复杂性  20-21
  1.8 国内外对航天相机分辨力的研究情况  21-22
  1.9 选题的意义  22-24
第二章 CCD探测器影像分辨力的计算机仿真研究  24-48
  2.1 概述  24-26
  2.2 CCD探测器静态影像分辨力的仿真  26-34
  2.3 CCD探测器动态影像分辨力的仿真  34-46
  2.4 小结  46-48
第三章几种主要类型光学遥感相机的光学系统  48-57
  3.1 概述  48
  3.2 透射式光学系统  48-49
  3.3 折反混合式光学系统  49-50
  3.4 反射式光学系统  50-55
  3.5 几种典型光学系统的分析比较  55-57
第四章不同遮拦比下的光学系统调制度传递函数  57-76
  4.1 概述  57
  4.2 光学调制度传递函数的求取  57-61
  4.3 遮拦比对航天光学遥感相机的光学调制度传递函数影响实例  61-66
  4.4 有遮拦光学系统光学调制度传递函数的分析  66-73
  4.5 遮拦比和CCD探测器像元尺寸对光学调制度传递函数的综合作用  73-74
  4.6 小结  74-76
第五章 CCD成像模拟实验及理论分析  76-97
  5.1 概述  76
  5.2 CCD探测器成像分辨力的模拟实验验证  76-88
  5.3 CCD探测器动态成像影像分辨力仿真结果的理论分析  88-94
  5.4 计算机仿真的MTF与采用卷积方法获得的MTF的比较  94-95
  5.5 小结  95-97
第六章提高航天遥感相机分辨力的途径  97-108
  6.1 概述  97
  6.2 从对CCD探测器静态成像仿真的结论寻求方法  97-103
  6.3 从对CCD探测器动态成像数值仿真的结论寻求方法  103-107
  6.4 采用画幅式成像方式  107
  6.5 小结  107-108
第七章全文总结  108-113
  7.1 全文内容回顾  108-109
  7.2 研究所取得的进展  109-110
  7.3 取得结果的理论和实践意义  110-111
  7.4 有待深入研究的问题  111-113
参考文献  113-116
发表文章目录  116-117
作者简历  117-118
致谢  118

基于模拟实验及计算机仿真的CCD航天相机影像分辨力的研究

内容摘要

全文目录

相似论文