[发明专利]一种基于超分辨率重建的星载多光谱成像系统设计方法

摘要

本发明公开了一种星载超分辨成像系统实现方法，其通过卫星在轨凝视成像获得同一区域的高时间分辨率视频影像，通过凝扫成像获得超分辨重建所需的亚像元位移信息以及各多光谱波段图像，通过对光学系统F数设计控制光学弥散斑大小，提高超分辨重建效果，引入光流法与特征法互校验指标模型增强亚像元信息提取的鲁棒性，采用全链路超分辨算法重建超分辨图像，从而同时实现了高时间分辨率、高空间分辨率、多光谱分辨率，采用本发明方案实现的星载超分辨成像系统，与相同分辨率尺度的传统星载成像系统相比，能够有效降低光学系统的口径、缩短焦距，从而降低系统的重量和成本。

主权项

1.一种星载超分辨成像系统实现方法，其特征在于，包括：在星载超分辨成像系统的探测器表面覆盖全色滤光膜以及至少包含红、绿、蓝波段的多光谱滤光膜；当所述星载超分辨成像系统利用凝视模式采样时，采集到全色图像和/或多光谱图像，对采集到的图像依次进行图像配准与图像裁剪后获得被测区域的视频影像；当所述星载超分辨成像系统利用凝扫模式采样时，采集到全色图像与多光谱图像；对全色图像基于多帧序列图像超分辨率重建算法进行超分辨率重建；对多光谱图像依次进行图像配准与信噪比增强处理，之后再进行彩色合成并结合超分辨率重建后的全色图像进行全色增强处理；其中，所述对全色图像基于多帧序列图像超分辨率重建算法进行超分辨率重建包括：凝扫模式采集到的全色图像为具有亚像元位移的多帧影像，其构成的图像序列称为低分辨率图像序列；超分辨成像的数学模型表示为：yk＝DkBkMkx+nk(k＝1,2,...,K)其中，yk指第k幅低分辨率图像，低分辨率图像序列的总数为K；x指超分辨率成像结果；nk表示加性噪声；Dk表示探测器的下采样函数，与超分辨像素数放大倍率W有关；Mk为运动函数，表示各低分辨率图像之间的位移关系，与亚像元位移有关，通过对低分辨率图像序列配准获得；Bk表示模糊函数；采用光流法与特征法互校验来提高配准精度，准确提取亚像元位移信息，配准的互校验指标模型为：其中，MSE表示待配准图像与参考图像的均方误差，所述的参考图像为低分辨率图像序列中任取的一幅图像，则其他低分辨率图像为待配准图像；SSIM表示结构相似度；α、β为权重系数，α和β取值与卫星成像时的太阳高度角和探测器暗电流噪声有关，通过α对MSE的调节和β对SSIM的调节使互校验指标模型取值在区间[0,1]内，J值越大表明配准精度越高，JC和JO分别为特征法和光流法的校验指标，Joptimal为互校验指标。