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非常规采样及其图像恢复研究

作　者: 蒋斌
导　师: 夏德深
学　校: 南京理工大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 图像分辨率超模式采样微扫描法水平减速采样法 45度斜模式采样法中值滤波图像重建图像恢复
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 161次
引　用: 4次
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内容摘要

随着航天技术的发展，对图像分辨率的要求也越来越高。为了提高分辨率，所有的航天大国都重视遥感器成像系统的研究，包括硬件方法、软件方法、硬件与软件相结合的方法研究。常规提高分辨率的采样方式，如通过减小CCD像元尺寸，增大相机的焦距，降低卫星的轨道高度等，可以在一定程度上提高成像系统的分辨率，但减小像元尺寸受到硬件制造条件的限制，增大相机的焦距受到卫星体积与重量的限制，降低卫星轨道高度受到卫星寿命的限制。本文介绍了CCD相机的优点，并讨论了采样、采样密度、混叠等与成像方式和成像质量有关的参数。在研究了常规采样提高分辨率的方法后，本文研究了非常规采样方式中的超模式采样、高模式采样、微扫描法。分析了它们的采样工作原理，并对使用超模式采样方式的SPOT-5卫星进行了简介。本文重点对两种新的非常规采样方式—水平减速采样法以及45度斜模式采样法进行了图像采样试验和图像重建以及图像恢复的方法研究。这两种采样方式不需硬件上的改动，但需要改变CCD阵列的移动速度或改变CCD阵列的扫描角度。本文设计了这两种采样的试验方式，并从理论上得出水平减速1／2采样可以提高水平方向的分辨率2倍，45度斜模式采样可以提高整体图像分辨率1.19倍，同时使用这两种方法可以使图像的整体分辨率提高1.682倍的结论。为了综合地测试新采样方式，本文的研究工作体现在使用了常规采样方式、水平减速采样、45度斜模式采样方式对实验室靶标以及外景进行了采样，在软件设计上，比较了邻域法和中值滤波法后，采用了中值滤波去除噪声，提高了图像质量。然后进行了图像重建和恢复，将得到的图像与常规采样图像进行了对比，实际上水平减速1／2采样在水平方向分辨率提高了约2倍，水平减速1／2采样、45度斜模式采样使整体分辨率提高了1.64倍，与理论结果比较吻合。实验与理论计算说明水平减速采样与45度斜模式采样是一个提高图像分辨率的好办法。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 论文背景  8
  1.2 国内外研究现状  8-10
    1.2.1 国外研究现状  8-9
    1.2.2 国内研究现状  9-10
  1.3 论文的主要内容  10-11
  1.4 本文各章内容安排  11-12
第二章 CCD相机及常规采样  12-19
  2.1 CCD相机的优点  12-13
  2.2 CCD遥感相机的应用实例  13
  2.3 两维采样中的基本定义  13-16
    2.3.1 两维周期采样的几何图形  13-14
    2.3.2 两维矩形采样香农采样定理  14
    2.3.3 任意两维周期采样香农采样定理  14
    2.3.4 混叠  14-15
    2.3.5 采样密度  15-16
    2.3.6 名义分辨率  16
  2.4 常规提高CCD相机分辨率的方法及其局限性  16-18
    2.4.1 地面像元分辨率  16-17
    2.4.2 减小CCD像元尺寸a提高分辨率  17
    2.4.3 增大相机的焦距f提高分辨率  17-18
    2.4.4 降低轨道高度H或采用椭圆低轨道提高分辨率  18
  2.5 小结  18-19
第三章经典非常规采样  19-28
  3.1 亚像元成像技术的概念  19
  3.2 超模式采样  19-23
    3.2.1 基本思想  19-21
    3.2.2 图像恢复及后期处理  21-22
    3.2.3 超模式的应用意义  22-23
  3.3 高模式采样  23-24
    3.3.1 基本思想  23-24
  3.4 超模式与高模式的比较  24-26
  3.5 微扫描法  26
  3.6 小结  26-28
第四章水平减速采样和45度斜模式采样  28-38
  4.1 引言  28
  4.2 水平减速采样法  28-34
    4.2.1 基本思想  28-29
    4.2.2 靶标图像实验  29-33
    4.2.3 外景拍摄实验  33-34
  4.3 45度斜模式采样、水平减速采样法  34-37
    4.3.1 基本思想  34
    4.3.2 采样密度分析  34-35
    4.3.3 靶标实验  35-36
    4.3.4 外景拍摄  36-37
  4.4 小结  37-38
第五章非常规采样的图像恢复  38-66
  5.1 图像平滑  38-46
    5.1.1 邻域平均法  38-40
    5.1.2 中值滤波  40-42
    5.1.3 算法比较  42-46
  5.2 灰度化  46-49
  5.3 图像恢复  49-64
    5.3.1 图像恢复的定义  49-50
    5.3.2 插值算法  50-51
    5.3.3 水平减速采样法的图像恢复  51-58
    5.3.4 45度斜模式、水平减速采样法的图像恢复  58-64
  5.4 各方法的优缺点  64-65
    5.4.1 水平减速采样法的优缺点  64
    5.4.2 45度斜模式采样法的优缺点  64-65
  5.5 小结  65-66
第六章结束语  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70

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