星载相机微振动下图像补偿技术研究

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1、_中爾科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文星载相机微振动下图像补偿技术研究作者姓名：许博谦指导教师：郭永飞研究员；•.幡斗報髓鮮減机械墟纖铺学位类别：工学博士学科专业:机械电子工程培养单位：+謝纖縫鮮__输_想、C：•:；切續’兒V’1‘•?>??、‘,，/•““：；••々‘r；〈：•“..•二•••：，.‘扭二：‘：-A2015年各月，-H.^•....独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。据

2、我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。对本人的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名_搞複匕•曰期:学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研宄所有关保留、使用学位论文的规定，即：中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研究所有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国科学院大学及中国科学

3、院长春光学精密机械与物理研究所可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签f导教师签名:期：J^/^rO^CKT学位论文作者毕业后去向:工作单位：电话通讯地址：邮编StudyonImageCompensationTechnologyforSpaceborneCamerasunderMicro-vibrationcircumstancesByXUBo-qianADissertationSu

4、bmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofscienceinengineeringChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysicsChineseAcademyofSciencesMay,2015摘要星载相机微振动下图像补偿技术研究许博谦（机械电子工程）导师：郭永飞研究员摘要随着星载相机角分

5、辨率的逐步提高，对来自外界的扰动也越来越敏感。卫星平台的微振动是影响星载相机在轨动态成像质量的重要因素。针对微振动造成的星载相机视轴颤振，采用基于光学补偿方法的图像补偿系统可以直接、有效地补偿卫星平台微振动造成的成像质量退化。简要介绍了论文所研究的课题背景，以及高分辨力星载相机的发展现状及其成像的主要特点。从图像补偿技术的发展现状出发，比较几种常用的图像补偿方法，并确定本文采用光学补偿方法。重点研究了微振动对星载相机成像质量的影响。分析了卫星平台微振动的振动源与振动类型，并从中找出对影响星载相机成像质

6、量的关键因素。通过数学建模，推导并仿真来自不同方向、不同类型、不同频率和振幅下的振动对星载相机成像质量的影响。针对图像补偿技术的前端技术，也是最关键的技术——位移矢量探测方法开展研究。比较多种位移矢量探测方法后，选取联合变换相关器作为星载相机图像补偿位移矢量探测的方法。提出了采用基于电子学方法实现联合变换相关器，凭借其在体积、重量、功耗以及可靠性等方面的优势，替代传统的光学联合变换相关器。发挥其在可编程方面的优势，改进了联合变换相关算法的计算过程，消除了零级衍射峰的影响，并通过计算机仿真试验验证了改进

7、后算法的性能。针对传统联合变换相关算法受探测器采样截止频率的局限——仅能测量1.0pixel量级的相对位移量，改进算法，使其能够测量亚像元级的相对位移。I中国科学院大学博士学位论文：星载相机微振动下图像补偿技术研究并分别通过计算机仿真试验、半实物仿真实验验证了算法对于亚像元级位移量的测量精度。解释了“滞后性”对光学补偿方法的影响。通过对比，得出了FPGA是最适合运行联合变换相关算法的处理器的结论。利用现有的实验条件，验证了联合变换相关算法的核心部分——二维FFT运算在FPGA芯片上的可实现性。最后通过

8、仿真试验验证了联合变换相关算法在星载相机图像补偿系统中的作用。关键词：星载相机；图像补偿；振动；联合变换相关器；位移矢量测量IIAbstractStudyonImageCompensationTechnologyforSpaceborneCameraswithMicro-vibrationXuBo-qian（MechatronicEngineering）DirectedbyProf.GUOYong-feiAbstractWiththedevelopmen