基于多重欠采样实现光学遥感器像能量超频采样的方法
【专利摘要】本发明基于多重欠采样实现光学遥感器像能量超频采样的方法，包括下列步骤：确定光学遥感器焦面像元尺寸以及在该像元尺寸下的采样频率f1和所需采样频率f2；计算成像信号的移动步数k和移动步长dx；利用采样频率f1对光学遥感器像能量进行采样得到采样数据矩阵SD；将得到的采样数据矩阵SD进行数据处理，计算得到采样频率f2下的采样值。本发明基于欠采样焦面对真实像能量分布的进行不同位置的采样，从而实现欠采样焦面的超分辨率采样。在提高采样频率的同时，采样数据都是真实像能量分布上的值，本发明有较高的实用价值，在实现光学遥感器光学传递函数的计算有着重要的应用。
【专利说明】基于多重欠采样实现光学遥感器像能量超频采样的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于多重欠采样实现光学遥感器像能量超频采样的方法，属于光 学测试【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 高分辨率、高光学传递函数值是光学遥感器长久发展以来一直追求的目标。由于 其光学镜头的衍射极限的限制，焦面器件的采样间隔都不会小于光学镜头的极限分辨率， 采样频率受到限制，在整机状态下焦面器件的采样频率都会低于重建实际像能量分布所需 的频率，也即低于像能量分布的乃奎斯特频率，因此无法全面的评价遥感器整机的光学性 能。
[0003] 现有技术一是利用高倍率的显微物镜将像放大，再用焦面器件接收放大后的像能 量，从而实现高频率的采样，但是这种方法在光学遥感器整机测试中因其整机为封闭结构， 无法加入显微物镜。二是使用图像处理方法实现高频采样，主要有曲面拟合和模板运算，但 这种方法得到的高频采样值并非真实像能量分布值，精度较差。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种基于多重欠采样实 现光学遥感器像能量超频采样的方法，本发明采用移相采样的方式实现光学遥感器的像能 量分布的超频采样，且采样值为实际像能量分布值，为光学遥感器整机光学性能评价和实 现超分辨率成像奠定了基础。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] 基于多重欠采样实现光学遥感器像能量超频采样的方法，包括下列步骤：
[0007] (1)基于欠采样焦面器件的响应正比于落于其上的像能量在空间上的积分值的特 性，再采用移相采样的方式实现像能量分布的超频采样。确定光学遥感器焦面像元尺寸a 以及在该像元尺寸下的欠采样频率和所需采样频率f2, (f\为欠采样低频率，f 2为超 频采样频率，通过利用进行多次采样，求的在f2采样下的能量分布）；
[0008] (2)计算成像信号的移动步数k和移动步长dx :
[0009] k = fVA，且向上取整
[0010] dx = a/k
[0011] 相当于将每个像元等分成k个更小的宽度为dx的单元，将像相对于焦面以dx为 步长移动，共移动k-Ι次。
[0012] (3)利用采样频率对光学遥感器像能量进行采样得到采样数据矩阵SD ;具体实 现方法如下：
[0013] (3a)利用采样频率对像能量进行采样，得到采样数据SDi，记为：
[0014] SDj = [Ρη Ρ12· · · Ριη]
[0015] 其中 Pu -χχ 4-1% ·\~,Λ xk Ρ - V- _i_ V- _i_ _1_ %- ip - k! τ Λ! 丁 ·? T ?A·^.
[0016] ^ 川Λ Lj γ. _i_ -y- _i _i_ γ 卞·、" Α?：!卞**卞
[0017] Pn Ρ12. . . Ρ1η为像能量在采样频率f\下的采样值，η为采样像元数，取正整数，X = [Xl，x2. . . xkn...]为像能量在采样频率f2下的采样值；
[0018] (3b)将成像信号相对于光学遥感器的焦面移动dx，再利用采样频率f\对像能量 进行采样得到采样数据SD2，记为 ：
[0019] SD2 = [P21 P22. . . P2n]
[0020] 其中 P2l =X2 +.￥j +.. + ^,,
[0021 ] 尸22 = -U -、+3 + ·* + -? +1 D --?. γ· I γ I I γ 乂., 2 ~r A如 a- ? 3 个·.11
[0022] P21 P22. . . P2n为像能量在采样频率下的采样值；
[0023] (3c)以此类推，将成像信号相对于光学遥感器的焦面第k_l次移动dx，再利用采 样频率对像能量进行采样得到采样数据SD k，记为：
[0024] SDk = [Pkl Pk2. · · P J
[0025] 其中 D γ- γ I ! γ rki - .iA_ f ΛΜη -r^-TA2k ! rPk2= X2k + -Y2A f 1 + · · + x3i- --1
[0026] , Plm = Xkm + Xfe+1 +- +
[0027] Pkl Pk2. . . Pkn为像能量在采样频率下的采样值；
[0028] (3d)将步骤（3a) - (3c)得到采样数据SDp SD2. · · SDk组成采样数据矩阵SD : -SDJ " Pi￡ " Pu
[0029] SD= SDr = 1^! .. Prc " P m : : : : SDk J \_Pki - - Pkn
[0030] 其中，Τ'为小于k的正整数，c为小于n的正整数；
[0031] (4)将步骤（3)中得到的采样数据矩阵SD进行数据处理，计算得到采样频率&下 的采样值X = [X^ . . Xkn...]，具体计算方法如下： 卜丨][W
[0032] 令| = ，.得到 PJk-(tA「tpu、 _3] R = L^L ? h i=l /=1 _
[0034] 将X2代入下式得到在采样频率f2下的采样值X = [Xl，x2... xkn...]:
[0035]
【权利要求】
1.基于多重欠采样实现光学遥感器像能量超频采样的方法，其特征在于包括下列步 骤： (1) 确定光学遥感器焦面像元尺寸a以及在该像元尺寸下的采样频率和所需采样频 率 f2, --。 (2) 计算成像信号的移动步数k和移动步长dx : k = fVA，且向上取整 dx = a/k (3) 利用采样频率对光学遥感器像能量进行采样得到采样数据矩阵SD ;具体实现方 法如下： (3a)利用采样频率对像能量进行采样，得到采样数据SDi，记为： SDi = [Pn P12. . . Pln] 其中 ! = Xl + 十..十 - y -4~ Τ' -4- -4- V 4 = ·%?-W + *%"+2 + ·· + Pn P12...Pln为像能量在采样频率fi下的采样值，n为采样像元数，取正整数，X = [Xl，x2. . . xkn...]为像能量在采样频率f2下的采样值。 (3b)将成像信号相对于光学遥感器的焦面移动dx，再利用采样频率对像能量进行 采样得到采样数据SD2，记为： SD2 = [P21 P22. . . P2n] 其中 jP v* 4_ v* _i_ 4- Y* 4 个 Λ3 十"十、 tmmm V* ? V* 夺 | %r* r22 Λ1 f'> ^ ^ X2k ! I 分一 γ? 本γ 本本y [tm _ ▲km-k+t.T 人 bt-kgT P21 P22. . . P2n为像能量在采样频率下的采样值； (3c)以此类推，将成像信号相对于光学遥感器的焦面第k-1次移动dx，再利用采样频 率对像能量进行采样得到采样数据SDk，记为： SDk - [Pkl Pk2· · · Pkn] 其中 乃 1 =? 1 ~ X2k ^X2k\l +-+? 1 P - γ 4-1* [km - ^ ^ hi Pkl Pk2. . . Pfc为像能量在采样频率下的采样值； (3d)将步骤（3a)-(3c)得到采样数据SDi，SD2. . . SDk组成采样数据矩阵SD : 1. p p p J || ，， J 』1ft SD= SDr = Prl " Prc " Pm > > > · ? · · · J Ul ·· H 其中，r为小于k的正整数，c为小于n的正整数； (4)将步骤（3)中得到的采样数据矩阵SD进行数据处理，计算得到采样频率f2下的采 样值X = [Xu x2... xkn...]，具体计算方法如下： Xin+.l Ρ\ηΡ 令XfaM2 = ，得到 _Xkn\k \_ _ n a 斤([m.) ? i~\ i~\ Λ? I η η χ2 = ?β-cLm、 ? ?-1 ?-1 Xk L I? ? ΣΑιμ) 画 i-i (?Ι _ 将&代入下式得到在采样频率f2下的采样值X = [Χι，χ2·…Xw ·]: 3 L Xs =zP. .- ^ xh h:x k 其中Pi」为采样矩阵SD中的值，s = k:l:kn
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【文档编号】G06F19/00GK104156563SQ201410339156
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】杜建祥, 宗肖颖, 冯晓宇 申请人:北京空间机电研究所