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1、航天返回與遙感第35卷第1期54SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2014年2月光學遙感壓縮成像技術嚴奉霞朱炬波劉吉英王澤龍（國防科技大學理學院，長沙410073）摘要基于Shannon采樣定理的傳統(tǒng)信息獲取系統(tǒng)在高空間、時間和譜分辨率及系統(tǒng)其它性能上存在難以突破的瓶頸，壓縮采樣理論為提升航天遙感信息獲取能力提供了新的思路?；趬嚎s采樣理論的成像技術（壓縮成像）將采樣、壓縮和數(shù)據處理3個過程完美的結合在一起，避免了傳統(tǒng)遙感成像系統(tǒng)“先采樣再壓縮”方式帶來的傳感器和計算資源浪費，是
2、未來光學遙感極具潛力的成像方式。文章在簡要介紹壓縮采樣基本理論的基礎上，總結和分析了國際上目前提出的光學壓縮成像系統(tǒng)原型，設計開展了3組壓縮成像物理實驗，特別結合航天遙感需求設計了推掃式壓縮成像方案，實驗結果驗證了壓縮采樣的基本原理，并為未來光學遙感壓縮成像系統(tǒng)的設計提供了借鑒。關鍵詞壓縮采樣壓縮成像稀疏表示測量矩陣空間遙感中圖分類號:TP316文獻標志碼:A文章編號:1009-8518(2014)01-0054-09DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.01.008Compre
3、ssiveImagingTechniquesinOpticalRemoteSensingYANFengxiaZHUJuboLIUJiyingWANGZelong（CollegeofScience,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China）AbstractCompressivesamplingprovidesanewwayforincreasingthecapabilityofinformationacqui-sition.Compre
4、ssivesamplingassertsthatitispossibletoaccuratelyreconstructsignalsfromsub-Nyquistsam-pling,providedwemakesomeadditionalassumptions（sparseorcompressible）aboutthesignalinquestion.Thecompressiveimagingtechnology,whichisbasedonthecompressivesamplingtheory,integ
5、ratestheproc-essesofsampling,compressionandprocessingperfectly,avoidingresourcewastecausedbyatraditional“sam-ple-then-compress”mode,andisapotentialimagingtechniqueforopticalremotesensing.Thispaperfirstre-viewsthebasictheoryofcompressivesampling.Then,several
6、opticalcompressiveimagingsystemsareintro-duced.Finallythreephysicalexperimentsaredesignedtovalidatetheprincipleofcompressiveimagingandtheexperimentresultscanbeusedasreferenceforthefutureopticalremotecompressiveimagingsystem.Keywordscompressivesampling;compr
7、essiveimaging;sparserepresentation;measurementmatrix;spaceremotesensing0引言目前大部分信息獲取系統(tǒng)（如模數(shù)轉換、醫(yī)學成像、音頻、視頻電子等）都建立在經典Shannon采樣定理的基礎之上。即，采樣頻率必須是信號最高頻率的兩倍，才能精確恢復原信號。類似地，由線性收稿日期：2013-12-26基金項目：國家自然科學基金項目（61002024）資助第1期嚴奉霞等:光學遙感壓縮成像技術55代數(shù)的基本定理可知，對于離散有限維信號，為精確重構，獲取的測
8、量數(shù)據量應至少為信號的長度（即信號維數(shù)）。在航天遙感成像中，“信號”對應于圖像，而“采樣”則是圖像中的各像素的測量值。提升分辨率意味著減少探測器像素尺寸、增加陣元數(shù)量，這將造成系統(tǒng)的復雜度和實現(xiàn)難度非線性地增加。以0.1m分辨率低軌星載光學成像系統(tǒng)為例，典型的軌道高度約為770km，設光學系統(tǒng)的焦距為10m，3則探測器像素尺寸需要做到0.1×10/(770×10)=1.3μm，這在現(xiàn)有技術條件下很難
