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航天遥感中的非规则采样图像复原算法研究

作　者: 张斐然
导　师: 张伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 图像复原非规则采样卫星平台振动全变分
分类号: TP751
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 26次
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内容摘要

在遥感成像中，受到成像链路中诸多因素的影响，图像存在一定退化降质。卫星平台的振动是其中不可忽视的一方面。基于推扫技术的TDI CCD光学遥感器具有光能量利用率高、地面分辨力高的特点，被广泛应用在航天遥感领域。TDICCD相机的线阵工作原理对景物逐行成像，平台的振动会造成原本相邻像元间位置的错位，使图像扭曲变形，产生非规则采样图像。图像复原技术根据图像退化过程建立数学模型，沿着图像降质的逆过程估计出原始图像，满足后续处理的要求。首先，本文分析了平台振动对遥感图像质量的影响，说明了非规则采样图像的产生原因，建立了相应的图像退化数学模型。该模型不同于传统的卷积退化模型，是线性空间变化的。其次，基于非规则采样图像模型，结合特普利兹矩阵和循环矩阵的特点，提出了基于特普利兹矩阵的直接重建算法，使得快速傅里叶变换可以应用在矩阵求解中。结合共轭梯度法与全变分算法，改进并提出了基于特普利兹矩阵的自适应权重共轭梯度法。该方法不需要对矩阵进行迭代计算，速度有所提高。且可应用于同时存在模糊与噪声的非规则采样图像复原。最后，为验证算法的有效性，进行了数学仿真实验。利用文中提出的退化模型对理想图像仿真生成待处理图像，再利用文中提出的两种算法对得到的降质图像进行复原处理。结果验证了算法的可行性，并通过与传统的共轭梯度法处理结果的比较，说明算法在收敛速度上的优越性。在此基础上，对两种算法的复原结果进行了简单评价与分析，说明了算法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 图像复原及其相关理论发展现状  9-11
    1.2.1 图像复原技术发展现状  9-10
    1.2.2 非规则采样图像发展现状  10-11
  1.3 主要研究内容及文章结构  11-13
第2章非规则采样图像理论基础  13-25
  2.1 引言  13
  2.2 信号的规则采样与非规则采样  13-14
  2.3 图像退化数学模型  14-18
    2.3.1 数字图像表示  15
    2.3.2 图像基本退化模型  15-18
  2.4 非规则采样图像模型  18-24
    2.4.1 非规则采样图像产生机理  19-21
    2.4.2 非规则采样图像降质模型与退化因素分析  21-22
    2.4.3 非规则采样图像的三角多项式模型  22-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章非规则采样图像复原算法研究  25-34
  3.1 引言  25
  3.2 基于特普利兹矩阵的直接重建算法  25-28
    3.2.1 循环矩阵与特普利兹矩阵  25-26
    3.2.2 基于特普利兹矩阵的直接重建算法  26-28
  3.3 基于特普利兹矩阵的自适应权重共轭梯度法（ACT 算法）  28-33
    3.3.1 ACT 算法消除非规则采样  28-30
    3.3.2 全变分（TV）图像处理  30-32
    3.3.3 改进的 TVACT 消除非规则采样图像  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章算法的实验与仿真  34-48
  4.1 非规则采样点与非规则采样图像  34-36
  4.2 模糊与噪声非规则采样图像  36-38
  4.3 图像复原仿真实验  38-44
    4.3.1 针对非规则采样图像的复原  38-41
    4.3.2 针对含模糊的非规则采样图像复原  41-42
    4.3.3 针对含模糊与噪声的非规则采样图像复原  42-44
  4.4 图像复原结果质量评价  44-47
    4.4.1 以波形为基础的图像质量评价  44-45
    4.4.2 结构相似度指数  45-46
    4.4.3 复原结果的指标评价  46-47
  4.5 本章小结  47-48
结论  48-49
参考文献  49-53
致谢  53

航天遥感中的非规则采样图像复原算法研究

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