基于阿达玛变换编码的高分辨率光学遥感载荷系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于阿达玛变换编码的高分辨率光学遥感载荷系统，包括成像镜和探测器，该系统还包括阿达玛编码模板；成像镜、阿达玛编码模板以及探测器依次设置于同一光轴上；本发明专利技术提供一种可多通道同时探测、高能量输入、结构简单、成本低、使用方式灵活、设备体积小、重量轻的基于阿达玛变换编码的高分辨率光学遥感载荷系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属光学领域，涉及一种高分辨率光学遥感载荷系统，尤其涉及一种基于阿 达玛变换编码的高分辨率光学遥感载荷系统。
技术介绍
在高分辨率光学遥感有效载荷系统研制中，一个很关键的约束因素是空间分辨率 与探测器像元大小以及系统体积重量等之间的矛盾。为了实现高分辨率，希望探测器像元 尺寸越小越好，光学系统焦距越长越好。但光学系统焦距的增长会增加加工装调的难度及 载荷体积和重量，高灵敏的高端小像元成像器件则只能依赖进口。受国内工业基础和探测 器制造等方面的制约限制，在高分辨率光学相机研制中如果完全依靠增加光学系统焦距、 减小探测器像元尺寸等方法，其难度相当大。分辨率提高方法在国内外的高分辨率航空航天用相机中开始逐步得到应用，它的 基本原理是采用特殊的焦平面方法或者多幅图像融合处理技术，间接提高采样频率，减少 频谱混叠，从而获取更高分辨率的图像细节信息，提高图像的空间分辨率。该方法分两种 过采样方法和亚像元方法。过采样方法是采用一套探测器，采集同一目标不同时刻的多幅图像，经过特殊的 图像融合处理方法，得到分辨率提高后的新图像，分辨率提高倍数与低分辨率图片的数量 密切相关。理论上，如果要提高分辨率n倍，则至少需要n2幅低分辨率图像才可以获得病 态方程的可能解，实际应用中由于配准方法以及图像之间信息的相关程度，往往需要2n2幅 以上的低分辨率原始图像才能获得可靠的高分辨率图像。该技术在应用时，要求遥感平台 有高精度的指向调节能力，同时要求遥感器多次重访，以对同一个地面目标进行多幅成像。亚像元方法采用多组探测器相互间空间位置的特殊布置，采集同一目标同一时刻 的多幅图像，与图像融合处理方法结合提高分辨率。典型实现方法是采用光学棱镜拼接方 法，两个探测器的感光面在像元方向错开半个像元，也可在45°方向各错开半个像元。两个 探测器同时成像，两幅图像经过特殊处理后，得到高分辨率的新图像。该方法的缺点是拼接 机构复杂，另外棱镜分像降低了入射到探测器靶面上的光能量。阿达玛变换技术则是一种类似于傅里叶变换的光调制技术，它采用以阿达玛矩阵 为基础的二元正交变换，具有多通道同时探测和高光通量的优点，近四十年来在多通道光 谱成像
得到应用。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种可多通道同时探 测、高能量输入、结构简单、成本低、使用方式灵活、设备体积小、重量轻的基于阿达玛变换 编码的高分辨率光学遥感载荷系统。本专利技术的技术解决方案是本专利技术提供了一种基于阿达玛变换编码的高分辨率光 学遥感载荷系统，包括成像镜和探测器，其特殊之处在于所述基于阿达玛变换编码的高分辨率光学遥感载荷系统还包括阿达玛编码模板；所述成像镜、阿达玛编码模板以及探测器 依次设置于同一光轴上。上述阿达玛编码模板是在平板玻璃的一面镀制阿达玛编码膜层。上述平板玻璃上与镀制有阿达玛编码膜层相对的一面镀制增透膜。 上述阿达玛编码模板与探测器是胶合或紧贴的。上述平板玻璃上镀制有阿达玛编码膜层的一面和探测器胶合或紧贴。上述阿达玛编码膜层是采用二维阿达玛变换循环编码或一维阿达玛变换循环编 码所形成的。上述阿达玛编码膜层是铬膜、银膜或铝膜。上述成像镜是折射镜、反射镜或者折反镜。上述探测器是电荷耦合器件CCD或互补金属氧化物半导体CMOS光电传感器件。上述探测器是面阵探测器或线阵探测器。本专利技术的优点是1、可多通道同时进行探测以及高能量输入。本专利技术利用阿达玛变换对探测器 像元进行细分编码调制提高分辨率，具有多通道同时探测和高能量输入量的优点。在实 现相同空间分辨率的条件下，信号的均方差可减小(mXn/4)倍，相应地，信噪比可提高 (mXn)"72 倍。2、结构简单、体积小、重量轻、成本低廉。本专利技术可在不改动常规成像设备任何技 术参数的条件下，仅在探测器焦面前增加按阿达玛变换编码制作的模板，通过计算机解码 处理即可实现空间分辨率的提高，具有结构简单、体积小、重量轻、成本低的优点。3、使用方式灵活多样。本专利技术载荷系统中分辨率提高的程度由阿达玛变换编码的 阶数决定，无需改动设备的技术参数和结构，通过选择不同阶数和样式的阿达玛编码模板 即可灵活设置所需达到的空间分辨率，使用方式灵活多样。附图说明图1为本专利技术系统的结构示意图；图2为本专利技术阿达玛编码膜和探测器之间匹配关系示意图。 具体实施例方式参见图1，本专利技术提供了一种基于阿达玛变换编码的高分辨率光学遥感载荷系统， 包括成像镜4、探测器3以及阿达玛编码模板5 ；成像镜4、阿达玛编码模板5以及探测器3 依次设置于同一光轴6上。阿达玛编码模板5是在平板玻璃1的一面镀制阿达玛编码膜层2，与阿达玛编码膜 层2相对的一面镀制增透膜或者仅在平板玻璃1的一面镀制阿达玛编码膜层2，平板玻璃1 镀制有阿达玛编码膜层2的一面和探测器3胶合或紧贴放置。平板玻璃1的表面镀制阿达玛编码膜层2形成阿达玛编码模板5，镀膜的区域不透 光，未镀膜的区域使光全部透过。平板玻璃1的另一表面不镀膜或镀制增透膜以增加透过率。阿达玛编码膜层2是采用二维阿达玛变换循环编码或一维阿达玛变换循环编码所形成的。当阿达玛编码模板5采用二维阿达玛变换循环编码时，每个编码单元包含m(推 扫方向)Xn(垂直于推扫方向)个码元，其作用是实现一次阶数为mXn的阿达玛变换编 码。阿达玛编码模板每一行在推扫方向依次排列有mXn个编码单元，它们共同构成一个完 整的阿达玛编码序列。与二维相不同的是，一维阿达玛变换循环编码是等同于二维阿达玛 变换循环编码中m = 1或n = 1的情形。当m = 1时，设备在推扫方向空间分辨率不变，在 垂直于推扫方向空间分辨率提高(n-1)倍；当n = 1时，设备在推扫方向空间分辨率提高 (m-1)倍，在垂直于推扫方向空间分辨率不变。每个阿达玛编码单元的尺寸与探测器3每个 像元的尺寸相同，位置与探测器3像元严格一一对应。阿达玛编码膜层2为铬膜、银膜或铝膜等金属膜，或其它材料，其主要作用是使镀 膜的区域不透光，未镀膜的区域使光全部透过。成像镜4将目标成像于阿达玛编码膜层2上，探测器3接收到目标被阿达玛编码 模板编码后的信号经数字化后送入计算机处理系统中。成像镜4是折射镜、反射镜或者折 反镜等各种形式，主要作用是将目标成像于阿达玛编码膜层2上。探测器3是电荷耦合器件(XD或互补金属氧化物半导体CMOS光电传感器件，比如 面阵探测器或线阵探测器都可以实现本专利技术目的。但无论采用哪种形式的探测器，必须保 证在推扫方向不少于mXn个像元。参见图2，本专利技术所提供的基于阿达玛变换编码的高分辨率光学遥感载荷系统采 用推扫方式进行工作，沿推扫方向对目标进行成像，设备每扫过探测器3 —个像元所对应 的目标大小采集一次数据。从探测器3获得的编码数据中提取出沿推扫方向每一行中mXn个像元在不同时 刻采集的同一目标的阿达玛编码序列信号。对提取出的该mXn个阿达玛编码序列信号进 行快速阿达玛变换解码，最终得到空间分辨率比同样采用推扫方式工作但未进行编码的常 规成像设备在推扫方向提高(m-1)倍和在垂直于推扫方向提高(n-1)倍的目标信号。与常规采用推扫方式工作的光学成像设备相比，本专利技术的光学系统完全不变，成 像原理相同，探测器3帧频不变，遥感器各参数亦无须改动，唯一不同的是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阿达玛变换编码的高分辨率光学遥感载荷系统，包括成像镜和探测器，其特征在于：所述基于阿达玛变换编码的高分辨率光学遥感载荷系统还包括阿达玛编码模板；所述成像镜、阿达玛编码模板以及探测器依次设置于同一光轴上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周锦松，相里斌，魏儒义，景娟娟，吕群波，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]