基于刃边法计算在轨HJ-1卫星遥感图像MTF的研究与应用

摘要

MTF，即调制传递函数，是光学系统成像质量的综合评价指标。成像系统MTF的高低直接影响到成像质量的好坏:MTF越高，所获得的遥感图像的边缘纹理等细节就越清晰，相反，就会越模糊。对于在轨运行的卫星遥感器，监测其MTF的动态变化情况，可以为在轨调焦，监测卫星运行状况，在轨卫星遥感器的寿命预估，对遥感图像复原，以及后继卫星的设计等提供参考依据。随着国内HJ-1（环境一号卫星）系列卫星的相继投入使用，其遥感器性能的在轨MTF监测问题也受到越来越多的关注。本文的主要工作如下:
　　 1、提出了一种基于刃边法对HJ-1卫星遥感图像进行MTF计算的算法。首先，从MTF的基本原理出发，对数据的采样、插值和拟合算法进行了详细的介绍，根据不同插值方法的优缺点，选择了具有承袭性和便于理论分析等特点的牛顿插值方法，提出了一种通过编程改进的牛顿边缘拟合方法，该方法可以减少计算时的时间复杂度，对n个点进行插值其时间复杂度从原来的O(n3)减少到O(n2)，同时也节省了存贮单元。其次，在计算在轨卫星MTF的过程中，增加了专家参考意见模块，通过刃边均匀性和线性度来判断刃边选择和边缘拟合是否符合专家的预测，从而判断刃边选择和边缘拟合方法的准确性。
　　 2、提出了一种基于MTF理论的卫星遥感图像恢复方法。由于卫星遥感图像质量随MTF下降而下降，两者直接存在对应的关系，这样如果得到了成像系统的MTF下降曲线，然后找到MTF与图像质量的对应点，最后对其进行反变换，就能得到恢复后的遥感图像。通过纹理分析和灰度分析:复原后的遥感图像其均值、对比度、熵和方差明显提高，在图像上表现为图像视觉效果明显变好，地物边缘和城市道路变得清晰，图像信息量变大和图像灰度层次越丰富。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 调制传递函数(MTF)的历史发展

1．2 问题的提出和意义

1．3 MTF在轨检测国内外研究现状

1．4 本课题的研究内容与结构安排

第2章 调制传递函数MTF的基本理论

2．1 调制传递函数(MTF)的概念

2．2 MTF的物理意义

2．2．1 光学系统MTF下降的物理原因

2．3 PSF、LSF、ESF和MTF

2．4 小结

第3章 基于卫星遥感图像的MTF计算

3．1 脉冲输入响应法(Impulse Input method)

3．2 正弦信号输入响应法(sinusoidal input method)

3．3 脉冲法

3．4 刃边法

3．5 数据的采样

3．5．1 传统的采样方法

3．5．2 相位边缘采样法

3．5．3 采样方法小结

3．6 采样数据的插值与拟合

3．6．1 线性插值法

3．6．2 牛顿插值法

3．6．3 样条法

3．6．4 最小二乘法

3．6．5 插值与拟合方法总结

3．7 小结

第4章 刃边法计算MTF的算法实现

4．1 刃边法算法实现

4．1．1 在原始图像上获取小块刃边

4．1．2 边缘探测，获取边缘点的位置

4．1．3 一种编程改进的牛顿边缘拟合方法

4．1．4 获取边缘扩展函数(ESF)

4．1．5 计算和截取线扩展函数

4．1．6 有效瞬时视场计算

4．1．7 计算MTF

4．2 基于刃边法的MTF测试系统软件

4．2．1 图像的读入和显示模块

4．2．2 ROI抠图模块

4．2．3 调制传递函数(MTF)计算显示模块

4．3 刀刃高度选取对MTF计算精度的影响

4．4 小结

第5章 MTF原理在遥感图像复原中的应用

5．1 引言

5．2 刃边法计算MTF的步骤

5．3 图像复原

5．3．1 图像复原算法

5．3．2 复原图像质量评价

5．4 图像复原结果分析

5．5 小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文

致谢