基于低秩近似的宽幅高灵敏度热红外成像技术研究

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1、博士学位论文基于低秩近似的宽幅高灵敏度热红外成像技术研究作者姓名:杨暄指导教师:薛永祺研究员亓洪兴研究员中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学博士学科专业:电路与系统培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2018年6月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解中

2、国科学院大学有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日Researchofwideswathandhighsensitivitythermal

3、infraredimagingtechnologybasedonlow-rankapproximationAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofEngineeringinCircuitsandSystemByYangXuanSupervisor:ProfessorXueYongqiProfessorQiHongxingShanghaiInstituteofTechnicalPhy

4、sics,ChineseAcademyofScienceJune2018摘要摘要热红外遥感技术可以获取场景的热量分布，在环境调查、安防监控等诸多领域有广泛应用。但是在海水表面温度精细探查这类场合中，由于成像系统各项性能指标间的约束关系，目前还无法有效满足其应用需求。因此为实现强背景下弱小温差信号的大范围有效探测，需要考虑从其他方面解决此问题。在红外遥感的成像过程中可以获取大量数据，通常也包含了大量噪声与冗余性。而在数据处理方面，低秩矩阵近似理论旨在从冗余的数据中剔除噪声从而恢复真实数据，该目的恰与红外遥感数据的特点一致。因此本课题将低秩去噪模型与面阵摆扫成像方式相结合，提出

5、一种宽幅高灵敏度的热红外成像技术。首先分析低秩矩阵近似的理论模型及其在去噪领域的适用条件，在此基础上设计成像方案与完整的数据处理流程，随后依据方案研制成像系统并研究相关控制方法，最后进行系统的性能测试分析与遥感实验验证。获得了如下研究成果：（1）针对强背景弱信号场景中热红外图像信息的有效获取问题，提出将低秩去噪模型与面阵扫描成像方式相结合，在不增加探测器成本与冷光学设计的条件下，利用高冗余度的数据作为切入点进行去噪，获得了较高的去噪性能。（2）为扩大成像幅宽，将有序运动方向设定为翼展扫描方向，即利用面阵摆扫成像技术，将翼展方向上不同像元所获取的时间序列作为观测矩阵的列向量，

6、最终通过低秩去噪模型重构出翼展方向的宽幅序列图像。（3）在实际遥感成像过程中，一个扫描行内的多帧宽幅图像间存在亚像素级整体偏移，利用这种偏移关系进行序列图像的超分辨率重建，从而在原有基础上提高了图像质量，弥补了低秩去噪后空间分辨率下降的不足。（4）设计实现了一套完整的宽幅高灵敏度热红外成像系统，可以在隔离飞行姿态扰动的同时进行稳定的摆扫成像，并能够自适应的进行前向“一”字运动补偿。最终获得了55°成像幅宽以及低于10mK的系统噪声等效温差，结合实际遥感飞行实验，验证了宽幅高灵敏度热红外成像探测的可行性。关键词：热红外遥感，低秩矩阵近似，大幅宽，高灵敏度IAbstractAb

7、stractThermalinfraredremotesensingtechnologycanobtaintheheatdistributionofthescene,anditiswidelyusedinenvironmentalinvestigation,securitymonitoringandotherfields.Butinthecaseofpreciselydetectingoftheseasurfacetemperature,itisnotyeteffectivetosatisfyitsapplicat