[发明专利]一种降低TDI-CCD相机图像模糊度的方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体涉及基于TDI-CCD相机的航空遥感图像模糊参数的确定和航空遥感图像模糊的消除。

背景技术

高分辨率遥感图像被广泛应用于侦察、地理信息系统、数字城市和道路建设等各个领域。国内外航空、航天飞行器上搭载的以时间延迟积分电荷耦合器件（英文Time delay integration charge coupled device，以下简称TDI-CCD）为成像靶面的成像装置称为TDI-CCD相机。TDI-CCD相机采取对地面同一瞬时视场辐射能量m次积分的技术，等效于地面同一瞬时视场曝光时间从T增加到mT，但是不需要降低飞行器的飞行速度。利用TDI-CCD相机的这一特性，可以获得比一次积分技术所获图像具有更高的几何分辨力的图像。TDI-CCD的结构是一个长宽比很大的长方形CCD面阵，从功能上说它等同于一个线阵CCD。TDI-CCD相机获取高质量影像的重要前提是：具有延时积分逻辑关系的m个CCD象元都要对应同一瞬时视场，但是卫星和飞机等遥感平台的振动使TDI-CCD相机成像环境并不满足这一要求。运行中的卫星具有刚体运动引起的低频振动以及卫星的运载舱有效载荷姿态控制部件的操作引起的中频到高频的振动，例如由于太阳能电池帆板的运动引起的振动，飞轮或控制力矩陀螺的动不平衡引起的振动。当振动的频率和幅值达到某一临界值就会变得发散，从而发生振颤。振颤是一种很复杂的物理现象，对于卫星平台，扰动引起的卫星的振颤可能是某个部件的振颤，也可能是几个部件的耦合振颤，也可能是整个卫星的振颤。搭载在卫星上的TDI-CCD相机受振颤的影响，表现为相机6个外方位元素（空间位置（X、Y、Z），绕x、y、z三个轴的横滚角、俯仰角、航偏角）的振颤。相机在三维空间位置上的不规则往复平移振动和绕相机光学中心三轴的往复角振动，以及相机光学中心与飞行器振动中心不同心造成的复合运动形成了一个非常复杂的过程。但其后果是类似的：上述振颤使具有延时积分逻辑关系的m个CCD象元并不是完全对应同一瞬时视场，不同瞬时视场的能量作为同一瞬时视场的能量叠加在一起，再叠加上飞行器飞行中成像的运动模糊，造成遥感图像的空间分辨率下降，细节信息丢失，象元辐射能量失真。在相同振颤环境下，成像几何分辨力越高，由振颤引起图像模糊的影响越大。这样的结果与使用TDI-CCD相机获得高空间分辨率图像的初衷适得其反。

TDI-CCD相机遥感成像过程中m级积分对应m个地面瞬时视场能量。如果忽略一次积分时间里瞬时视场变化对图像模糊的影响，以无振颤理想状态下的瞬时视场为真位置，那么实际得到的m个地面瞬时视场与真位置具有不同程度的错位误差，这种错位误差我们进一步分解为下面三个分量：在TDI-CCD积分方向（飞行器前进方向）的前（后）向错位；垂直于TDI-CCD积分方向的左右方向错位；绕垂直轴旋转的旋转错位。

目前，针对图像模糊的处理方法大致为直接算法和盲复原算法（迭代算法）。直接算法是从图像本身提取运动函数，然而这种方法因为多种振动源激发时间的随机性，导致振动综合后效的复杂性和无规律性。这样使反演的算法无法精确，去模糊处理的效果也不令人满意。而盲复原算法虽然不需要提前获知点扩散函数，但是这种算法需要对点扩散函数进行初始的估计，而估计的精度具有不确定性，也不能获得较好的去模糊处理效果。

发明内容

为了消除振颤引起的图像质量退化，本发明提出了一种新的TDI-CCD相机信号的传输流程，针对这种流程提供了一种新的数据处理方法：

本发明所采用的TDI-CCD相机的靶面是n列m行，其步骤如下所述：

S1、建立图像坐标系：以TDI-CCD相机面阵的像元数量方向即列方向为Y轴，像元级数方向即行方向为X轴，图像的左上角为坐标系起点,其中，第一行，第一列的坐标为（0,0）；

S2、读取TDI-CCD相机每次积分输出的面阵图像，并对图像进行编号：图像依次编号为G₁,G₂,G₃...G_t...G_m；

S3、对面阵图像进行分解：对S2所读取的每一幅图像按行分解，每一个积分级输出的面阵图像分解为m行，每一行有n个像元，分解后，每一行形成一个一维数字信号，信号长度为n，对每个一维数字信号提取前N个像元，分别构成一维数字信号序列记为f(t)，其中，0≤t≤m，0≤N≤n；

S4、根据S3的一维数字信号序列，构建两个一维信号序列相似性配比准则，包括：