高空间分辨率短波红外信息采集关键技术研究

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1、博士学位论文高空间分辨率短波红外信息采集关键技术研究作者姓名：贾建鑫指导教师：王跃明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5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

2、国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解中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

3、签名：日期：年月日ResearchofinformationacquisitionkeytechnologiesforhighspatialresolutionshortwaveinfraredAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofEngineeringinCircuitsandSystemsByJiaJianxinSu

4、pervisor:ProfessorWangYuemingShanghaiInstituteofTechnicalPhysics,ChineseAcademyofSciencesMay2018摘要摘要短波红外(SWIR)成像技术因其在穿透云雾、烟尘和夜视成像等方面的独特优势，在环境监测、火点探测、矿藏调查和伪装识别等领域有广泛的应用前景。随着应用的推广，高空间分辨率短波红外成像系统成为近年来的研究热点。论文首次论证和分析了SWIR实现500km轨道1m空间分辨率的关键技术，并给出了详细的系统设计参数。基于国产铟镓砷

5、短波红外焦平面组件和研制的SWIR成像系统缩比样机，对SWIR成像的关键技术进行了全面的分析，深入研究了信息采集关键技术，包括高速低噪声信息获取技术，时间延迟数字累加技术和基于图像统计特性的非均匀性校正技术。论文从理论上详细分析了这些关键技术的原理和数学模型，并通过多项实验进行了测试和验证。课题的主要内容和创新点包括：1）本课题设计了一套高分辨率短波红外成像系统，可以实现500km轨道1m空间分辨率成像。论文设计、仿真分析了成像系统的关键参数，详细介绍了各项关键技术，并重点研究了高速低噪声信息获取技术，时间延迟数字

6、累加技术和基于图像统计特性的非均匀性校正技术。为了研究和验证这些关键技术，研制了一套缩比的短波红外原理样机，设计、开发并测试了一套高速低噪声SWIR信息获取系统。2）论文从时间和空间两方面分析了短波红外成像系统的噪声种类和来源，结合经典信噪比模型研究了提高系统信噪比的方法。重点探讨了时间延迟数字累加技术，介绍了其实现原理和国内外发展情况，从理论上研究了该技术与图像信噪比和非均匀性的关系。首次将时间延迟数字累加技术应用于大面阵SWIR成像系统，验证和测试了该技术对系统信噪比和图像非均匀性的提高效果。3）论文对图像非均

7、匀性校正进行了深入研究，提出了基于场景统计和空间滤波的条纹噪声去除方法。构建了算法的数学模型、从理论上阐明算法的物理意义和适用条件，并通过实际机载和星载高分辨率高光谱图像进行了实验验证。实验结果表明，本文提出的算法不仅去除了高分辨率遥感图像的空间条纹噪声，而且最大程度保留了有效图像信息，提高了图像的相对辐射精度，有利于图像数据I高空间分辨率短波红外信息采集关键技术研究的后期定量化应用。4）将设计的信息获取系统应用到短波红外成像系统缩比样机，完成了信噪比、传递函数等性能测试验证。搭建了成像实验装置，实现了在雾天恶劣天

8、气条件下可见光、短波红外对比成像和100μs积分时间晨昏成像，该成像积分时间应用于空间对地观测将具备实现500km轨道1m空间分辨率短波红外成像能力。关键词：高空间分辨率，短波红外，信噪比，非均匀性IIAbstractAbstractHighresolutionShortwaveinfrared(SWIR)isapromisingtechnologyfore