光学遥感压缩成像技术

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1、航天返回与遥感第35卷第1期54SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2014年2月光学遥感压缩成像技术严奉霞朱炬波刘吉英王泽龙（国防科技大学理学院，长沙410073）摘要基于Shannon采样定理的传统信息获取系统在高空间、时间和谱分辨率及系统其它性能上存在难以突破的瓶颈，压缩采样理论为提升航天遥感信息获取能力提供了新的思路。基于压缩采样理论的成像技术（压缩成像）将采样、压缩和数据处理3个过程完美的结合在一起，避免了传统遥感成像系统“先采样再压缩”方式带来的传感器和计算资源浪费，是

2、未来光学遥感极具潜力的成像方式。文章在简要介绍压缩采样基本理论的基础上，总结和分析了国际上目前提出的光学压缩成像系统原型，设计开展了3组压缩成像物理实验，特别结合航天遥感需求设计了推扫式压缩成像方案，实验结果验证了压缩采样的基本原理，并为未来光学遥感压缩成像系统的设计提供了借鉴。关键词压缩采样压缩成像稀疏表示测量矩阵空间遥感中图分类号:TP316文献标志码:A文章编号:1009-8518(2014)01-0054-09DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.01.008Compre

3、ssiveImagingTechniquesinOpticalRemoteSensingYANFengxiaZHUJuboLIUJiyingWANGZelong（CollegeofScience,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China）AbstractCompressivesamplingprovidesanewwayforincreasingthecapabilityofinformationacqui-sition.Compre

4、ssivesamplingassertsthatitispossibletoaccuratelyreconstructsignalsfromsub-Nyquistsam-pling,providedwemakesomeadditionalassumptions（sparseorcompressible）aboutthesignalinquestion.Thecompressiveimagingtechnology,whichisbasedonthecompressivesamplingtheory,integ

5、ratestheproc-essesofsampling,compressionandprocessingperfectly,avoidingresourcewastecausedbyatraditional“sam-ple-then-compress”mode,andisapotentialimagingtechniqueforopticalremotesensing.Thispaperfirstre-viewsthebasictheoryofcompressivesampling.Then,several

6、opticalcompressiveimagingsystemsareintro-duced.Finallythreephysicalexperimentsaredesignedtovalidatetheprincipleofcompressiveimagingandtheexperimentresultscanbeusedasreferenceforthefutureopticalremotecompressiveimagingsystem.Keywordscompressivesampling;compr

7、essiveimaging;sparserepresentation;measurementmatrix;spaceremotesensing0引言目前大部分信息获取系统（如模数转换、医学成像、音频、视频电子等）都建立在经典Shannon采样定理的基础之上。即，采样频率必须是信号最高频率的两倍，才能精确恢复原信号。类似地，由线性收稿日期：2013-12-26基金项目：国家自然科学基金项目（61002024）资助第1期严奉霞等:光学遥感压缩成像技术55代数的基本定理可知，对于离散有限维信号，为精确重构，获取的测

8、量数据量应至少为信号的长度（即信号维数）。在航天遥感成像中，“信号”对应于图像，而“采样”则是图像中的各像素的测量值。提升分辨率意味着减少探测器像素尺寸、增加阵元数量，这将造成系统的复杂度和实现难度非线性地增加。以0.1m分辨率低轨星载光学成像系统为例，典型的轨道高度约为770km，设光学系统的焦距为10m，3则探测器像素尺寸需要做到0.1×10/(770×10)=1.3μm，这在现有技术条件下很难