[发明专利]一种斜模式采样建模与超分辨率重建方法

说明书

技术领域

本发明属于超分辨率图像重建技术领域，特别涉及一种斜模式采样建模与超分辨率重建方法。

背景技术

2002年发射的法国SPOT-5光学遥感卫星首次采用了超模式采样技术，利用两排错开半个像元的线阵传感器获取图像，在不改变传感器感光元尺寸情况下，将空间分辨率由5m提高到了2.5m。亚像元采样技术在SPOT-5卫星上的成功实现为提升遥感图像空间分辨率的研究引入了新的思路。基于斜模式采样的超分辨率重建是一种特定成像模式支持下的软硬件结合提升空间分辨率的方法，通过改变传感器线阵的成像模式，试图从硬件采样上提高有效分辨率。这类方法从两方面着手实现遥感图像的超分辨率重建，一方面在硬件上设计新的传感器采样模式，另一方面在软件上综合考虑硬件采样特性和各种图像降质因素设计超分辨率图像重建的数学模型和算法，以弥补纯软件方法的局限性。常规模式采样下成像线阵方向与推帚方向垂直，而斜模式采样是将成像线阵倾斜一定的角度，同时控制推帚方向采样间距进行成像。

为了提升卫星遥感图像的空间分辨率，法国国家空间局先后提出了通过高模式、超模式和斜模式等空间采样技术提升遥感图像空间分辨率的方法。高模式和超模式采样主要是通过提高成像线阵的空间采样频率，来降低频谱混叠效应。超模式和高模式采样都是在遥感平台上载有两个相互位移为半个阵元的成像线阵，所不同的是超模式采样在推帚方向上的积分时间与常规模式相同，而高模式采样在推帚方向上的积分时间是常规模式的1/2，通过提高时间采样频率来提高空间采样密度。对于这两种采样模式，超模式和高模式的空间采样密度分别为常规模式的2倍和4倍。然而，这两种采样模式的问题是：1)两排成像线阵增加了平台复杂性；2)在卫星侧拍时，为了确保两排线阵始终错开半个阵元，还需要增加额外的硬件设备。

斜模式采样仅使用单一成像线阵，其线阵方向不再与推帚方向垂直，而是倾斜一定的角度，同时控制推帚方向采样间距进行图像数据采集，在不改变阵元尺寸的情况下，提高图像的空间分辨率。由于斜模式采样仅使用一排成像线阵，减少了成像设备的制造成本，同时避开了两排成像线阵制造困难、配准精度难以控制的问题。限于该技术的高敏感性，国外鲜有相关技术的详细报道。我国在斜模式遥感卫星设计方面尚处于理论验证与成像设备原理样机研制阶段，仅有少数文献涉及到此方法。周峰等提出了一种空间采样网格为平行四边形的斜模式采样方式，然后对斜模式采样图像进行简单几何校正后获得了原空间关系下的图像，这种采样模式的问题是：1)灰度插值引起几何失真；2)成像线阵的倾斜角度同时制约了采样密度和视场幅宽。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种斜模式采样建模与超分辨率重建方法，避免了额外的几何校正和灰度插值引起的精度损失问题，同时保证了采样密度和视场幅宽。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种斜模式采样建模与超分辨率重建方法，包括如下步骤：

基于线阵推帚模式，采用单线阵进行斜模式数据采集；

将斜模式采样网格上的像元坐标系映射到高分辨率常规采样网格上的像元坐标系；

在空间坐标系中，对斜模式采样的像元点进行三角剖分；

对于高分辨率网格上的未知像元，由它所在的三角形顶点的已知像元值，利用超分辨率重建方法计算高分辨率网格上的未知像元值。

在数据采集过程中，成像线阵与推帚方向成一定角度，并通过控制推帚方向采样间距，使得斜模式采样所成空间采样网格为正方形。

所述角度为26.56°，成像线阵沿推帚方向的采样间距为，沿与推帚垂直方向的采样间距为或者，

所述角度为63.44°，成像线阵沿推帚方向的采样间距为沿与推帚垂直方向的采样间距为

在像元坐标系映射中，将斜模式采样网格以基向量延拓，或者，以基向量延拓。

在空间坐标系中，对斜模式采样的像元点进行Delaunay三角剖分。

在超分辨率重建中，采用多项式插值计算高分辨率网格上的未知像元值。

与现有技术相比，本发明单线阵斜模式采样把线阵列传感器倾斜一定角度，从而避免了两排传感器线阵制造困难、配准精度难以控制的问题。同时通过控制推帚方向采样间距进行图像数据采集，确保斜模式采样所成空间采样网格为正方形，避免了额外的几何校正和灰度插值引起的精度损失问题。

附图说明

图1是本发明总体流程图。

图2是本发明斜模式采样模型图。

图3是本发明另一种斜模式采样模型图。