基于多通道体全息光学相关的遥感图像多维线/角位移测量技术

本项目基于光学相关器对输入图像多种畸变非常敏感的特性、体全息大容量多通道的并行处理特性和遥感图像的平稳随机特性，实现对遥感图像平移、旋转或伸缩等畸变量的多维快速高精度实时测量。通过分析遥感图像的相关函数随图像线位移和角位移变化的规律，建立体全息多通道输出与遥感图像多维畸变的映射关系。首先对高分辨率大幅面遥感图像预处理，构建参考模板图像数据库，与体全息相关器的多个通道在空间上完全匹配。当实时输入图像发生多种畸变时，体全息各个通道的相关峰均发生相应的变化。对多通道相关峰的变化进行探测，生成相关峰矩阵，然后基于多维相关函数映射关系，对不同畸变模式进行有效分离，将相关峰矩阵反演为图像的多维畸变，实现相机平台的多维线位移和角位移的测量，并构建出具有多维位移传感功能的光电混合装置。本项目提出的新方法可用于空间相机平台的姿态测量以及运动成像补偿与恢复，在高分辨遥感观测和导航制导领域具有重要的应用前景。

体全息光学相关器是基于大容量体全息存储构建的光学相关器，能够并行提取图像间的内积值，在景象匹配中可用于实时图像在匹配区域的快速粗搜索。由于飞行器的航向与飞行高度发生变化，实时图像相对参考图像存在页内旋转和尺度变化，此时提取的最大内积值所对应的坐标会偏离实时图像的理论匹配坐标，严重影响了景象匹配的精度。本项目基于光学相关器对输入图像多种畸变非常敏感的特性、体全息大容量多通道的并行处理特性和遥感图像的平稳随机特性，实现了对遥感图像平移、旋转或伸缩等畸变量的多维快速高精度实时测量。通过分析遥感图像的相关函数随图像线位移和角位移变化的规律，建立了体全息多通道输出与遥感图像多维畸变的映射关系。通过对高分辨率大幅面遥感图像预处理，构建了参考模板图像数据库，与体全息相关器的多个通道在空间上完全匹配。当实时输入图像发生多种畸变时，体全息各个通道的相关峰均发生相应的变化。对多通道相关峰的变化进行探测，生成相关峰矩阵，然后基于多维相关函数映射关系，对不同畸变模式进行有效分离，将相关峰矩阵反演为图像的多维畸变，实现了相机平台的多维线位移和角位移的测量。本项目面向大容量高速景象匹配，实现了7500并行通道的角度复用，运算速度达1.38×10^11MAC/s。构建了大容量小型体全息自适应景象匹配系统，当实时图像在±5°以内旋转、在0.84~1.2倍之间尺度变化时，可实现实时图像的自适应景象匹配。本项目研究成果可用于空间相机平台的姿态测量以及运动成像补偿与恢复，在高分辨遥感观测和导航制导领域具有重要的应用前景。本项目共发表SCI论文9篇，研究成果获得了2013年北京市科学技术一等奖。