短波红外相机调制传递函数在轨测试

MEMS 2024-01-30 00:01

短波红外在光学遥感应用中发挥重要作用,调制传递函数在轨测试是评价短波红外相机成像质量的重要手段。理论上基于倾斜刃边法的在轨测试方法主要用于可见光波段高分辨率相机,选择采样区域的自由度相对较大。短波红外相机受限于探测器水平,其采样区域受到小像素阵列、低像元分辨率的限制,可供选择的采样区域受限。地物目标在短波红外波段表现出独特的图像特征,可供选择的刃边图像与其他波段存在明显差异,适用于其他波段的采样区域在短波红外波段存在失效的可能。

据麦姆斯咨询报道,近期,中国电子科技集团公司第五十四研究所与河北省光子信息技术与应用重点实验室的科研团队在《激光与光电子学进展》期刊上发表了以“短波红外相机调制传递函数在轨测试”为主题的文章。该文章第一作者和通讯作者为王伟。

本文将倾斜刃边法应用到短波红外波段,分析调制传递函数对于评价成像质量的全面性。通过推导边缘扩散函数、线扩散函数、调制传递函数之间的关系,分析倾斜刃边法的基本原理和流程。最后基于商业卫星短波红外相机载荷,选取短波红外遥感影像地物目标,计算沿轨和垂轨方向全频率调制传递函数,并对结果进行分析说明。

倾斜刃边在轨测试理论

光学遥感相机调制传递函数

傅里叶光学中定义点扩散函数(PSF)表征光学系统对点目标的输出光场分布,数学上表示为光学系统对脉冲函数的脉冲响应。对于线性空间不变非相干光学成像系统,成像过程为物方点源目标经光学系统作用后像空间光强的线性叠加,数学上表示为物方目标与点扩散函数的卷积。

遥感相机实际在轨成像过程中,大气信道衰减、加工装调误差、冲击振动、探测器噪声等因素都会造成图像对比度的恶化,从而导致调制传递函数的降低。由于各影响因素之间相互独立,光学遥感相机调制传递函数是成像过程各环节扩散函数或调制函数的累积,可以全面地表征相机成像质量,其在轨测试具有重要参考价值。

基于刃边法的在轨MTF测试方法

倾斜刃边法提取单一倾斜刃边图像计算调制传递函数,刃边目标可以分解为点目标与线性目标的几何变换:理想点目标是二维空间冲激函数,沿指定路径移动形成线性目标。相机对线性目标的响应即为线扩散函数(LSF),可表示为点扩散函数沿特定路径的积分,对线扩散函数的傅里叶变换取模即可得到光学相机调制传递函数。基于倾斜刃边的调制传递函数标校流程如图1所示。

图1 调制传递函数在轨测试流程

短波红外相机在轨测试

短波红外光学遥感相机

本文涉及的短波红外相机是长光卫星技术股份有限公司“吉林一号”卫星星座光谱01~02系列卫星有效载荷之一,相关指标参数如表1所示。短波红外相机采用小规格、大像元分辨率非制冷型焦平面探测阵列,采用焦面滤光片分光的方式提供1000 nm ~ 1700 nm波段范围内四通道短波红外影像,地面像元分辨率约为100 m。

表1 短波红外相机基本指标参数

图2 短波红外遥感影像采样区域示意图

短波红外相机在轨测试

选定倾斜刃边图像后,首先确定刃边边缘位置。为降低图像分辨率对刃边边缘提取精度的影响,采用三次样条插值模拟刃边明暗色阶的平滑过渡,以增加采样点获取亚像素级边缘。对扩充后的刃边色阶灰度值进行最小二乘拟合并计算拟合曲线的二阶导数,灰度变化最大即二阶导数为零的点即为刃边边缘位置。对像素阵列每一行的刃边边缘位置进行线性拟合既可得到刃边边缘模型,上述过程如图3所示。

图3 提取倾斜刃边边缘示意图

以刃边边缘模型为基准,将边缘两侧像素沿拟合直线的方向投影,按照灰度梯度变化配准数据点并绘制散点图,拟合散点图以确定边缘扩散函数。多项式拟合和Fermi拟合是常用的拟合方法,图4所示为多项式拟合和三阶Fermi拟合对比。

图4 边缘扩散函数多项式拟合和Fermi拟合对比曲线

对边缘扩散函数微分得到的归一化线扩散函数如图5所示。在图2所示的影像中沿垂轨方向和轨方向各采集两幅刃边图像,按照前述流程计算调制传递函数,各采样区域数据统计如图6和表2所示。

图5 (a)归一化线扩散函数和(b)归一化调制传递函数示意图

图6 归一化调制传递函数曲线

表2 短波红外相机在轨调制传递函数测试结果

采用倾斜刃边法时,应选择面积尽可能大、明暗边界清晰的地物目标以降低配准误差,短波红外相机分辨率限制了可供选择的地物目标,地物目标的非均匀性辐射与探测器非均匀性响应均会引入计算误差,因此需要对影像数据进行多次采样筛选出结果较为稳定的区域。

结论

针对短波红外相机像质评估,将倾斜刃边法引入短波红外波段,在傅里叶光学基础上分析说明基于倾斜刃边的调制传递函数在轨测试原理。选择短波红外遥感影像中的地物目标对该方法进行验证,奈奎斯特频率处相机调制传递函数在0.0838~0.1109之间。试验结果表明,对于地面像元分辨率严重受限于探测器的短波红外相机,倾斜刃边法在轨测试依然有效,具有工程实用价值。进一步建立完整的遥感相机在轨调制传递函数模型是重要研究方向,对评估遥感相机设计、提升在轨测试精度具有重要意义。

论文链接:

DOI: 10.3788/LOP232235

延伸阅读:
《新兴图像传感器技术及市场-2024版》
《光谱成像市场和趋势-2022版》

MEMS 中国首家MEMS咨询服务平台——麦姆斯咨询(MEMS Consulting)
评论
  • 根据Global Info Research项目团队最新调研,预计2030年全球封闭式电机产值达到1425百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为3.4%。 封闭式电机是一种电动机,其外壳设计为密闭结构,通常用于要求较高的防护等级的应用场合。封闭式电机可以有效防止外部灰尘、水分和其他污染物进入内部,从而保护电机的内部组件,延长其使用寿命。 环洋市场咨询机构出版的调研分析报告【全球封闭式电机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球封闭式电机总体规
    GIRtina 2025-01-06 11:10 104浏览
  • PLC组态方式主要有三种,每种都有其独特的特点和适用场景。下面来简单说说: 1. 硬件组态   定义:硬件组态指的是选择适合的PLC型号、I/O模块、通信模块等硬件组件,并按照实际需求进行连接和配置。    灵活性:这种方式允许用户根据项目需求自由搭配硬件组件,具有较高的灵活性。    成本:可能需要额外的硬件购买成本,适用于对系统性能和扩展性有较高要求的场合。 2. 软件组态   定义:软件组态主要是通过PLC
    丙丁先生 2025-01-06 09:23 85浏览
  • 每日可见的315MHz和433MHz遥控模块,你能分清楚吗?众所周知,一套遥控设备主要由发射部分和接收部分组成,发射器可以将控制者的控制按键经过编码,调制到射频信号上面,然后经天线发射出无线信号。而接收器是将天线接收到的无线信号进行解码,从而得到与控制按键相对应的信号,然后再去控制相应的设备工作。当前,常见的遥控设备主要分为红外遥控与无线电遥控两大类,其主要区别为所采用的载波频率及其应用场景不一致。红外遥控设备所采用的射频信号频率一般为38kHz,通常应用在电视、投影仪等设备中;而无线电遥控设备
    华普微HOPERF 2025-01-06 15:29 125浏览
  • 本文介绍Linux系统更换开机logo方法教程,通用RK3566、RK3568、RK3588、RK3576等开发板,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。制作图片开机logo图片制作注意事项(1)图片必须为bmp格式;(2)图片大小不能大于4MB;(3)BMP位深最大是32,建议设置为8;(4)图片名称为logo.bmp和logo_kernel.bmp;开机
    Industio_触觉智能 2025-01-06 10:43 87浏览
  •     为控制片内设备并且查询其工作状态,MCU内部总是有一组特殊功能寄存器(SFR,Special Function Register)。    使用Eclipse环境调试MCU程序时,可以利用 Peripheral Registers Viewer来查看SFR。这个小工具是怎样知道某个型号的MCU有怎样的寄存器定义呢?它使用一种描述性的文本文件——SVD文件。这个文件存储在下面红色字体的路径下。    例:南京沁恒  &n
    电子知识打边炉 2025-01-04 20:04 100浏览
  • 这篇内容主要讨论三个基本问题,硅电容是什么,为什么要使用硅电容,如何正确使用硅电容?1.  硅电容是什么首先我们需要了解电容是什么?物理学上电容的概念指的是给定电位差下自由电荷的储藏量,记为C,单位是F,指的是容纳电荷的能力,C=εS/d=ε0εrS/4πkd(真空)=Q/U。百度百科上电容器的概念指的是两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质。通过观察电容本身的定义公式中可以看到,在各个变量中比较能够改变的就是εr,S和d,也就是介质的介电常数,金属板有效相对面积以及距离。当前
    知白 2025-01-06 12:04 170浏览
  • By Toradex 秦海1). 简介嵌入式平台设备基于Yocto Linux 在开发后期量产前期,为了安全以及提高启动速度等考虑,希望将 ARM 处理器平台的 Debug Console 输出关闭,本文就基于 NXP i.MX8MP ARM 处理器平台来演示相关流程。 本文所示例的平台来自于 Toradex Verdin i.MX8MP 嵌入式平台。  2. 准备a). Verdin i.MX8MP ARM核心版配合Dahlia载板并
    hai.qin_651820742 2025-01-07 14:52 44浏览
  • 彼得·德鲁克被誉为“现代管理学之父”,他的管理思想影响了无数企业和管理者。然而,关于他的书籍分类,一种流行的说法令人感到困惑:德鲁克一生写了39本书,其中15本是关于管理的,而其中“专门写工商企业或为企业管理者写的”只有两本——《为成果而管理》和《创新与企业家精神》。这样的表述广为流传,但深入探讨后却发现并不完全准确。让我们一起重新审视这一说法,解析其中的矛盾与根源,进而重新认识德鲁克的管理思想及其著作的真正价值。从《创新与企业家精神》看德鲁克的视角《创新与企业家精神》通常被认为是一本专为企业管
    优思学院 2025-01-06 12:03 116浏览
  • 随着市场需求不断的变化,各行各业对CPU的要求越来越高,特别是近几年流行的 AIOT,为了有更好的用户体验,CPU的算力就要求更高了。今天为大家推荐由米尔基于瑞芯微RK3576处理器推出的MYC-LR3576核心板及开发板。关于RK3576处理器国产CPU,是这些年的骄傲,华为手机全国产化,国人一片呼声,再也不用卡脖子了。RK3576处理器,就是一款由国产是厂商瑞芯微,今年第二季推出的全新通用型的高性能SOC芯片,这款CPU到底有多么的高性能,下面看看它的几个特性:8核心6 TOPS超强算力双千
    米尔电子嵌入式 2025-01-03 17:04 55浏览
  • 村田是目前全球量产硅电容的领先企业,其在2016年收购了法国IPDiA头部硅电容器公司,并于2023年6月宣布投资约100亿日元将硅电容产能提升两倍。以下内容主要来自村田官网信息整理,村田高密度硅电容器采用半导体MOS工艺开发,并使用3D结构来大幅增加电极表面,因此在给定的占位面积内增加了静电容量。村田的硅技术以嵌入非结晶基板的单片结构为基础(单层MIM和多层MIM—MIM是指金属 / 绝缘体/ 金属) 村田硅电容采用先进3D拓扑结构在100um内,使开发的有效静电容量面积相当于80个
    知白 2025-01-07 15:02 75浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机锂电池产值达到2457百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为9.6%。 无人机锂电池是无人机动力系统中存储并释放能量的部分。无人机使用的动力电池,大多数是锂聚合物电池,相较其他电池,锂聚合物电池具有较高的能量密度,较长寿命,同时也具有良好的放电特性和安全性。 全球无人机锂电池核心厂商有宁德新能源科技、欣旺达、鹏辉能源、深圳格瑞普和EaglePicher等,前五大厂商占有全球
    GIRtina 2025-01-07 11:02 68浏览
  • 在智能家居领域中,Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread与Z-Wave等无线通信协议是构建短距物联局域网的关键手段,它们常在实际应用中交叉运用,以满足智能家居生态系统多样化的功能需求。然而,这些协议之间并未遵循统一的互通标准,缺乏直接的互操作性,在进行组网时需要引入额外的网关作为“翻译桥梁”,极大地增加了系统的复杂性。 同时,Apple HomeKit、SamSung SmartThings、Amazon Alexa、Google Home等主流智能家居平台为了提升市占率与消费者
    华普微HOPERF 2025-01-06 17:23 145浏览
  • 大模型的赋能是指利用大型机器学习模型(如深度学习模型)来增强或改进各种应用和服务。这种技术在许多领域都显示出了巨大的潜力,包括但不限于以下几个方面: 1. 企业服务:大模型可以用于构建智能客服系统、知识库问答系统等,提升企业的服务质量和运营效率。 2. 教育服务:在教育领域,大模型被应用于个性化学习、智能辅导、作业批改等,帮助教师减轻工作负担,提高教学质量。 3. 工业智能化:大模型有助于解决工业领域的复杂性和不确定性问题,尽管在认知能力方面尚未完全具备专家级的复杂决策能力。 4. 消费
    丙丁先生 2025-01-07 09:25 80浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦