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基于软件定义微纳卫星的多模式计算光学成像技术

刘扬阳 吕群波 谭政 裴琳琳 李伟艳 王建威

刘扬阳, 吕群波, 谭政, 等 . 基于软件定义微纳卫星的多模式计算光学成像技术[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(12): 2463-2469. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0376
引用本文: 刘扬阳, 吕群波, 谭政, 等 . 基于软件定义微纳卫星的多模式计算光学成像技术[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(12): 2463-2469. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0376
LIU Yangyang, LYU Qunbo, TAN Zheng, et al. Multi-mode computational optical imaging technology based on software-defined micro-nano satellite[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(12): 2463-2469. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0376(in Chinese)
Citation: LIU Yangyang, LYU Qunbo, TAN Zheng, et al. Multi-mode computational optical imaging technology based on software-defined micro-nano satellite[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(12): 2463-2469. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0376(in Chinese)

基于软件定义微纳卫星的多模式计算光学成像技术

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0376
详细信息
    作者简介:

    刘扬阳  女, 博士, 研究员, 博士生导师。主要研究方向:光谱成像、光学成像、图像理解

    吕群波  男, 博士, 研究员, 博士生导师。主要研究方向:光谱成像、光学成像、图像理解

    通讯作者:

    吕群波, E-mail: lvqunbo@aoe.ac.cn

  • 中图分类号: V4471+.1;TB752

Multi-mode computational optical imaging technology based on software-defined micro-nano satellite

More Information
  • 摘要:

    为实现有效载荷具备上载软件在轨定义多功能、软件可控多功能、参数可重构的软件定义微纳卫星需求,需要突破传统卫星平台和传统光学相机的设计局限,开展基于微纳卫星的软件定义下新型计算光学成像载荷技术研究。充分考虑有效载荷的软件和硬件两者之间联合设计可能存在的发展空间,分析了亚像元信息、卫星平台参数、光学系统参数、探测器参数、噪声、大气对图像数据处理,特别是超分辨率重建的影响。根据各个影响因素的物理机制分别建立物理模型和误差模型,作为重建方法的先验信息,将这些有利于超分辨技术的先验信息约束应用于相机设计过程,使得相机获取的图像可以很好地匹配超分辨方法。该方法可以提升视觉分辨率和实质分辨率,同时保持对噪声的抑制能力,并有可能降低传统相机的结构尺寸和研制难度。研制实现集超分辨成像、动态范围增强成像、视频成像等软件智能可控的多种成像处理模式于一体的通用型计算光学成像相机,将对航天产业提供更大的灵活性和增值空间,为未来智能卫星航天技术研究与快速创新提供一种可行的方案。

     

  • 图 1  软件定义多模式计算光学成像技术的设计方案

    Figure 1.  Design scheme of software-defined multi-mode computational optical imaging technology

    图 2  相机推扫成像模式

    Figure 2.  Camera push-scanning imaging mode

    图 3  光学设计结果

    Figure 3.  Optical design results

    图 4  镜头点列图成像质量评价结果

    Figure 4.  Quality evaluation results of lens point image

    图 5  镜头调制传递函数结果

    Figure 5.  Results of lens modulation transfer function

    图 6  相机拼接正向示意图

    Figure 6.  Forward schematic diagram of camera stitching

    图 7  单台相机的三维结构构型

    Figure 7.  Configuration of three-dimensional structure of single camera

    图 8  智能超分辨技术原理

    Figure 8.  Principle of intelligent super-resolution technology

    图 9  智能超分辨技术软件定义设计思路

    Figure 9.  Software-defined design idea for intelligent super-resolution technology

    图 10  粗略重建算法流程

    Figure 10.  Flowchart of rough reconstruction algorithm

    图 11  精细重建算法流程

    Figure 11.  Flowchart of fine reconstruction algorithm

    图 12  智能超分辨技术软件定义算法仿真结果1

    Figure 12.  Simulation result 1 of intelligent super-resolution technology software-defined algorithm

    图 13  智能超分辨技术软件定义算法仿真结果2

    Figure 13.  Simulation result 2 of intelligent super-resolution technology software-defined algorithm

    图 14  智能超分辨技术软件定义算法仿真结果3

    Figure 14.  Simulation result 3 of intelligent super-resolution technology software-defined algorithm

    图 15  基于软件定义的CMOS的高动态范围成像技术仿真结果

    Figure 15.  Simulation results of high dynamic range imaging technology based on software-defined CMOS

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-20
  • 录用日期:  2018-07-27
  • 刊出日期:  2018-12-20

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