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申请/专利权人：中国空间技术研究院

摘要：本发明涉及一种微小卫星平台上的多帧图像快速重建方法，包括以下步骤：a、根据卫星平台的功率谱建立载荷观测抖动模型；b、结合抖动模型获取短曝光图像，并对图像进行配准；c、对配准后的图像进行多帧叠加重建；d、对重建后的图像进行降噪、滤波。本发明能准确快速地解决微小卫星平台上展开观测的实际场景中具有相对运动的多帧图像复原问题，有效去除成像过程中载荷指向抖动所引起的焦平面成像模糊现象，提高系统成像分辨率。并且，计算复杂度低，具有星上实时运算的能力，适用于基于微小卫星或者类似的空间飞行器针对天文成像、对地观测等不同场景展开的观测。

主权项：1.一种微小卫星平台上的多帧图像快速重建方法，包括以下步骤：a、根据卫星平台的功率谱建立载荷观测抖动模型；b、结合抖动模型获取短曝光图像，并对图像进行配准；c、对配准后的图像进行多帧叠加重建；d、对重建后的图像进行降噪、滤波；在所述步骤a中，根据卫星平台的功率谱函数分析望远镜指向的抖动特性，其中卫星平台的功率谱函数可表示为： 其中，S表示功率谱函数，fband表示功率谱函数的频率范围，c为常数，μrad为微弧度，Hz为赫兹；焦平面上的位移Δx和Δy与望远镜指向抖动特性存在以下关系： 其中，F为焦距，Dscene为光瞳与观察场景之间的距离，Dx、Dy、Dz分别表示沿x、y、z轴的位移，θx、θy、θz分别表示指向沿x、y、z轴的旋转，位似变换函数f与位置x，y和平面中心之间的距离dx，y相关；基于步骤a中建立的抖动模型，抖动后图像为： 其中，Y为抖动后图像，K、P分别为抖动以及光学系统的卷积核，N为额外的加性噪声，X为无抖动目标图像，为卷积操作；在所述步骤b中，根据观测目标源、光学系统以及探测器参数，并结合抖动模型中的K、P，N，X确定获取短曝光图像时的曝光时间；在所述步骤b中，在进行图像配准前对各帧图像进行预处理，预处理包括去除暗电流、去除平场和辐射校正；对于欠采样的图像，在配准之前利用Drizzle或Multidrizzle算法提高图像分辨率；进行所述预处理步骤时结合仪器标定数据，所述仪器标定数据包括地面及空间中测量获得的探测器暗电流、光学系统平场以及辐射响应数据；在所述步骤b中，在天文观测的图像配准中，参考视场内的固定参考目标进行对齐，或者利用精细导星传感器获取高精度图像，并利用星图匹配确认每一帧的姿态对其进行配准，使每帧图像中的目标点处于同一位置；在对地观测中，从一系列短曝光图像中选取信噪比最高的一帧，并利用光流法或者特征识别法对其它帧与选取帧的相对位移进行估计，然后进行配准，选取帧以锐度和信噪比作为质量评价参数；在进行所述图像配准时结合卫星观测数据，所述卫星观测数据包括卫星星敏感器以及高精度导星测量系统获得的观测数据；在所述步骤c中，将经过配准后的连续观测图像转换到傅里叶频率域中，并将对应的频率分量基于权重因子重新组合成新的频谱图像，重建时利用以下公式： 以及 其中，F-1为傅里叶逆变换操作，为总共M帧图像中第i帧图像经傅里叶变换后的频域信息，wiξ为其对应帧频谱的权重因子，ypx为重建的图像，p作为控制图像锐度和噪声的因子；再对经过重建的图像进行反傅里叶变换获得重建的图像；对于复色光探测器系统，在每个波段上分别进行重建，并在重建好的图像中进行融合；在所述步骤d中，使用分块处理方法中的BM3D或贝叶斯框架下的NLBAYES方法对图像进行降噪处理；使用锐化操作中的微分或高斯滤波对图像进行滤波，恢复降噪过程中减弱的图像细节，增强图像边缘成分。

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百度查询： 中国空间技术研究院 微小卫星平台上的多帧图像快速重建方法