[发明专利]一种基于面阵CMOS光学相机的星上超分辨率重建方法

权利要求书

1.一种基于面阵CMOS光学相机的星上超分辨率重建方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：通过面阵CMOS探测器获取K幅同一场景多时相待处理的低分辨率图像序列；

步骤二：针对非地球同步轨道的光学遥感卫星，依据卫星轨道参数计算偏移像元数P；

步骤三：构建退化模型；

步骤四：计算得到退化模型参数；

步骤五：对感兴趣区域图像进行预处理，包括序列图像配准区域截取和图像去模糊；

步骤六：通过图像配准，得到位置错位和几何变形的矩阵；

步骤七：利用超分辨率重建算法进行重构；

步骤八：对剩余感兴趣区域图像重复步骤六至步骤七，直至完成整幅ROI区域的重构，经图像拼接得到完整超分辨率图像；

所述步骤二的具体过程为：依据卫星运动速度v、帧频f及空间分辨率R，计算序列图像两帧之间偏移像元数P，作为在不同时相图像中截取相同区域图像的大小的参考值，其中

步骤三构建的退化模型为：

y_i＝DH_iM_ix+n_i,i＝1,2,…,K；

其中，x是原始未退化的高分辨率图像；y_i是观测到的第i个低分辨率图像；M_i是表示第i幅图像的位置错位和几何变形的矩阵；H_i表示模糊降质矩阵；D是下采样矩阵；n表示加性噪声；

所述步骤五的处理过程为：

设获取的感兴趣区域ROI区域图像大小为L×F，L为卫星运动方向CMOS相机所拍摄图像的长度，F为垂直于卫星运动图像的宽度，设L≡Z(modP)，mod为取余运算，Z为余数，如果Z≠0，则首先图像截取长度Z，即需截取的图像大小为Z×F，在包含该待截取图像的N帧遥感图像中分别截取该图像，得到N张大小为Z×F待配准区域，如果Z＝0，则截取的图像大小为S×F，作为待配准区域；其中S为P的整数倍且SL。

2.根据权利要求1所述的一种基于面阵CMOS光学相机的星上超分辨率重建方法，其特征在于：步骤四中参数的具体计算方法为：根据低分辨率图像估算模糊矩阵H，计算获得下采样矩阵D，并估算低分辨率图像噪声方差n。

3.根据权利要求1所述的一种基于面阵CMOS光学相机的星上超分辨率重建方法，其特征在于：所述获取M的具体方法为：

从N幅待配准区域中选择一幅作为参考帧；选取变换模型，即全局仿射变换模型

其中，(u,v)为参考帧中像素坐标，(u′,v′)为待与参考帧配准区域的像素坐标，a₁₁，a₁₂，a₂₁，a₂₂，b₁，b₂为变换参数且均为实数；获取退化模型中的参数

4.根据权利要求3所述的一种基于面阵CMOS光学相机的星上超分辨率重建方法，其特征在于：所述图像去模糊采用基于调制传递函数补偿的图像复原方法。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于面阵CMOS光学相机的星上超分辨率重建方法，其特征在于：所述步骤七中利用超分辨率重建算法进行重构包括频域重构和空域重构；频域重构利用原高分辨率图像的连续傅里叶变换和低分辨率观测图像的离散傅里叶变换之间的混叠关系对多幅图像进行超分辨率重建；空域重构法包括非均匀样本内插法、迭代反投影方法、凸集投影方法、最大后验估计方法以及基于MAP和POCS的混合方法。