摘要:提出了通过改变线列探测器像元摆放方式并适当增加系统过采样率来提高三轴稳定平台下线列探测器光学遥感仪图像空间分辨率性能的技术实现方案.在建立系统工作模型的基础上,对基本递推算法和由此引入的误差扩散效应进行了定量化分析,并初步给出图像信噪比和图像空间分辨率之间的量化关系.该方案技术出发点的可行性已在SPOT-5 HRG专利技术中得到证实.在现有条件下,该技术有望率先在极轨卫星平台下得到应用.

    关键词:图像空间分辨率;过采样率;探测器摆放

    ;误差扩散;图像就空间对地观测技术发展而言,高光谱、高空间分辨率一直是遥感仪发展的方向.从经典的仪器设计理论出发,遥感仪自身的空间分辨能力,在满足一定信噪比的前提下,主要由仪器的瞬时视场角(IF- OV)来确定,因此,从这个意义上来说,仪器的光学物理特性决定了遥感仪的空间分辨率;另一方面,对于成像型遥感仪来说,地面应用更关注于所获得的遥感图像的空间分辨率,即经过预处理后的图像象素的分辨能力. 随着现代高精度扫描控制技术及其高速数字信号处理技术飞速发展,对于同步轨道遥感仪的二维扫描机构而言,其在轨的控制精度可达5微弧 (urad)以内(实验室环境下甚至可以达到1urad). 结合现有技术条件,本文提出了通过改变线列探测器的象元摆放形式、适当提高系统的过采样率(o- ver-sampleing ratio),并采用地面数字化处理来增强图像空间分辨率的方法,在给出严格数学模型的基础上,根据相关的应用实例和仿真结果,对该方法的红外与毫米波学报24卷技术可行性进行了分析. 　关于两个基本概念的解析 ⑴遥感仪的空间分辨率遥感仪的空间分辨率是星载仪器的重要工作参数之一,

    它表征了遥感仪按照地面景物几何特征 (尺寸和形状)和空间分布,即在形态学基础上识别和分类目标的能力.从概念上说,空间分辨率可以理解为遥感仪能把两目标作为两个清晰的实体记录下来的两目标间的最小距离,常用瞬时视场角来表征. 遥感仪的瞬时视场定义为在给定瞬时上探测器在系统第二主点上限定的角对边.对于扫描型的遥感仪而言,由于限制探测器的孔径通常是矩形,所以, IF- OV一般有两个值,一个值沿扫描方向,另一个垂直于扫描方向. ⑵遥感图像的空间分辨率图1　像元单双列摆放示意图(a)单列; (b)双列交错; (c)双列重叠 Fig. Sketch of one or two columns positioning　(a) single column; (b) two cointerleaving; (c) two columns o- verlapping 遥感图像的空间分辨率可以理解为:对于一幅给定的遥感图像,如果存在某个象素点与某个探测目标对应,且在图像中能将目标和背景进行有效的区分,则这些地物的最小尺寸就是图像的空间分辨率.需要指出的是,图像的空间分辨率已经不完全依赖于遥感仪的指标,它更多的体现了系统的综合性能.理论分析和应用结果均表明,

    它与仪器的空间分辨率在数量上不存在必然的量化关系. 基本数学模型及其算法分析本数学模型这里主要是考虑对于长线列探测器,当采用不同摆放方式、不同过采样率时,由于空间采样位置改变而导致的图像空间分辨率的变化. 假定线列探测器的探测元数为N×1,单个像元尺寸为Xe×Ye,系统扫描方向自西向东(X方向), 且X方向上的过采样率为τ.不失一般性,这里以N ×1元探测器的单列和双列摆放,且τ取2为例进行分析,并最终给出一般性结论.图1给出了N×1 元线列探测器单双列摆放示意图.下面来推导在2 倍过采样、双列重叠的情况下,系统的空间分辨率. 假定单个像元的瞬时视场角为IGFOVxp×IFOGVyp,将每个像元划分为4个子块,各子块具有对应的权重, 且在所获得的图像信号已经去除了暗电流、非线性

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