基于MTF评价方法的“L”型像元红外超分辨技术研究

【摘要】如何提高成像系统的分辨率一直是航空遥感领域的研究热点,成像系统的分辨率受光学系统和探测器的双重限制,在光学系统通光孔径大小和光学传递函数不变的条件下,探测器像元越小,系统分辨率越高,但物理结构、加工难度、探测器的灵敏度及信噪比等限制了CCD像元的最小尺寸,对于波长较长的红外成像系统来说,更是如此。针对如何进一步提高探测器受限的成像系统分辨率的问题,本文提出一种“L”型像元焦平面编码方法,该方法通过像元变形的手段,结合现有的超分辨过采样技术,可以同时有效的提高探测器采样和绝对截止频率,提高航空相机的空间分辨率,为我国自主研制高分辨率红外相机提供了理论基础和技术储备。本文主要的研究内容及成果有以下几个方面：1.通过大量资料调研,对国内外现有的超分辨技术进行了归纳总结,共分为微扫描技术、亚像元技术和混合计算成像技术三类。2.对制约成像系统分辨率的三种因素(光学截止频率、探测器采样Nyquist频率及探测器绝对截止频率)进行分析,讨论三者不同关系下利用现有超分辨技术对分辨率提高程度,得知现有超分辨技术尽管可以有效降低探测器的频谱混叠现象,但还存在着一定的局限性。3.针对TDICCD航空相机的特殊结构,从本质上分析了沿扫描方向分辨率低于垂直扫描方向分辨率的原因,对其沿扫描方向上的固有像移进行了数学建模,并分析了其对MTF的影响。4.针对现有超分辨技术的局限性,提出了“L”型像元焦平面编码方法,并对“L”型像元的MTF计算方法进行了推导,与传统的探测器成像质量进行比较,采用“L”型像元超分辨技术的系统MTF截止高频提高到原来的2倍。5.通过图像仿真对该方法的有效性进行了验证,并选取填充因子100%的46μm×46μm中波红外探测器,利用焦距6000mm,口径600mm的红外平行光管和焦距为50mm的中波红外镜头搭建实验平台,对靶标进行成像,实验结果表明,利用此种超分辨成像技术可将航空相机空间分辨率至少提高1.78倍。
【作者】丁帅；
【导师】匡海鹏；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，光学工程，2013，硕士
【关键词】调制传递函数；红外；“L”型像元；超分辨；

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