基於運動補償的光學遙感單像素壓縮成像方法研究

《基於運動補償的光學遙感單像素壓縮成像方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由王澤龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於運動補償的光學遙感單像素壓縮成像方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王澤龍
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

單像素壓縮成像是光學遙感走向高解析度、高信噪比、超寬譜段、高動態範圍與高靈敏度成像的重要途徑，具有重要的研究價值。本項目針對運動條件下光學遙感單像素壓縮成像問題，按照“理論與工程背景分析→數學建模與求解→解的適定性分析→仿真實驗驗證”的思路，開展基於運動補償的光學遙感單像素壓縮成像方法研究。運動補償以光學遙感工程背景與壓縮成像理論為出發點，以建立基於空時聯合編碼的壓縮採樣模型為突破口，以同時進行運動估計與圖像重構的圖像盲重構為核心，以利用投影測量矩陣的可重構條件分析解的適定性為條件，以數字、物理仿真實驗驗證為途徑，實現運動條件下單像素壓縮成像。研究成果可豐富發展壓縮成像理論，推進光學遙感單像素壓縮成像實用化進程。

結題摘要

單像素壓縮成像是滿足與適應光學遙感成像發展需求的重要研究領域，具有重要的研究價值。本項目針對運動條件下光學遙感單像素壓縮成像問題，從光學遙感工程背景與壓縮成像理論出發，首先建立了基於空時聯合編碼的運動壓縮採樣模型，重點在於建立空時聯合編碼投影測量測量矩陣的具體表達形式。建模考慮了單像素壓縮成像的時序測量機理、平台運動特性、噪聲統計規律等，同時結合了投影測量、數理統計、數學建模等數學工具的綜合運用。其次，考慮到運動條件下圖像重構的高度病態性，需要在重構逆問題中加入圖像以及降質因素的先驗約束。因此，通過稀疏約束、低秩約束、變分PDE約束等實現了圖像先驗信息的開採，進而結合模型特點設計數值算法，實現了圖像的快速、穩健的重構。再次，測量矩陣可重構條件是使得圖像先驗約束重構能夠精確、穩定恢復原信號所需的條件，一般通過測量矩陣的某種性質度量給出。本項目利用約束等距性質、互相關性、累加互相關性分析了運動條件下投影測量矩陣的可重構條件。最後，結合數字仿真與物理仿真實驗驗證了模型與算法的有效性。仿真結果表明，伯努利矩陣和特普利茲矩陣皆可用作投影測量矩陣，同時針對成像場景的複雜程度，需要採用不同的採樣率。此外，為了後續將光學遙感壓縮成像套用於實際星載光學成像環境，課題組針對光學遙感成像平台的運動特性設計了壓縮成像系統方案，即推掃式光學壓縮成像系統方案，這種新的壓縮成像方案可以充分利用星載光學遙感成像的運動環境，同時降低採樣數據量，提高了系統穩定度。