星载激光光斑影像激光指向变化探测法

地面光斑足印的定位精度高度依赖于激光指向角的测量精度,星载激光光斑质心提取及其变化规律对激光指向角的分析具有重要的意义。本文基于ICESat/GLAS的激光剖面阵列(laser profile array,LPA)影像数据,首先利用灰度一阶矩阵法提取LPA的质心,精度优于0.3个像素,LPA相对定位精度优于0.11个像素。其次利用傅里叶变换和傅里叶级数拟合对LPA质心坐标的变化进行周期探测和建模分析,结果表明,激光光斑影像的质心坐标存在1.83×10^-4 Hz、3.36×10^-4 Hz、5.19×10^-4 Hz和6.71×10^-4 Hz 4个明显的周期变化,拟合结果的相关性R²达到了0.86,拟合精度可达0.4″,优于0.13个像素,得到了较好的结果。可为我国的高分七号和后续的卫星激光测高数据处理提供参考。     

星载激光光斑影像特征参数提取与分析

激光指向、足印大小和形状、能量等参数的精确提取是评估星载激光测高数据质量的重要指标.然而,对这些参数的研究和理解目前还不明确,为准确提取和理解这些参数,本文依托ICESat/GLAS的激光剖面阵列(LPA)影像数据,采用激光能量最大强度的1/e2弱化背景噪声影响,利用灰度加权一阶矩阵法和椭圆拟合法提取LPA影像的5个特...     

星载激光光斑影像质心自动提取方法

激光光斑影像的质心提取是卫星激光测高数据处理中的重要环节,对于获得精确的激光指向角有重要的意义。本文总结了灰度重心法、高斯拟合法以及椭圆拟合法3种常用的质心提取方法,在比较其优缺点之后结合高斯曲面拟合法和椭圆拟合法,提出了一种基于高斯阈值的椭圆拟合方法,针对仿真数据进行试验,有较好的精度结果。采用GLAS（geoscience laser altimeter system）的实际激光光斑影像LPA（laser profile array）数据进行试验,发现LPA光斑质心位置变化周期约为1.5 h,幅度最大可达2~3个像素,对应激光指向角变化约9",说明在轨监视激光质心位置变化对于提高激光指向角测量精度非常必要。相关结论可为后续国产卫星激光测高仪足印影像处理提供参考。     

星载激光测高全波形数据处理技术研究进展

针对星载激光测高系统在地形测绘、环境监测等方面具有独特的优势,该文首先介绍了主要的对地观测星载激光测高系统;然后以第一颗对地观测系统ICESat/GLAS为例,介绍该系统波形质量控制、波形滤波方法,初始距离计算方法及影响因素;波形分解是星载激光测高系统获取准确的星地距离的关键步骤;接着梳理了国内外全波形分解方法研究现状的主要进展,并对全波形分解算法及其优缺点进行了较全面的对比;最后结合即将发射的GF-7测高仪载荷特点,分析了未来要国产星载激光测高体系的波形数据处理还面临的挑战。     

高分七号卫星足印影像激光光斑质心提取方法

足印影像激光光斑质心提取是精确获取激光指向位置的基础,对于提升高分七号卫星激光测高数据精度具有重要意义.设计一种基于最小二乘椭圆拟合的激光光斑提取方法,并根据反馈结果利用累计矩阵对序列影像进行粗差剔除,实现了高分七号足印影像激光光斑提取.通过仿真数据和高分七号真实足印影像进行实验,验证了该方法具有较好准确性和稳定性.未来我国在星载激光测高领域将拥有更广阔的前景,所研究的相关成果可以为后续国产激光测高技术研究提供参考.     

激光测高卫星波形饱和识别与测高误差改正初步研究

激光测高仪回波波形饱和现象客观存在,为增加可用激光点数目、提高饱和波形测高精度,本文提出了一种波形饱和识别与测高误差改正方法,首先,利用回波波形峰度系数对饱和波形进行识别,然后,针对饱和现象对波形高斯拟合的影响,计算高斯拟合波形与原始波形相交区域的形心位置,以形心位置差异确定因波形饱和导致的测高误差并改正。最后,采用ICESat/GLAS（Ice,Cloud and land Elevation Satellite/Geo-science Laser Altimeter System）在青海湖、纳木错、色林错采集的波形数据进行实验。结果表明,经本文算法改正后数据误差均值为0.03 m,大型湖泊区域可实现约0.05 m的测高精度,结合峰度的饱和识别方法可以对波形进行有效筛选,可发现GLAS遗漏的饱和波形,饱和改正算法可以有效改正波形饱和引起的测高误差,改正后精度明显优于GLAS提供的饱和改正结果,相关结论对高分七号卫星激光波形处理有一定参考价值。     

星载激光测高的系统误差分析与检校

激光测高因具有方向性好、测距精度高等特点,在深空探测和地球科学领域中体现了巨大的应用潜力,将星载激光测高技术应用于高分辨率测绘卫星,辅助航天摄影测量以提高精度是一种新颖的设想。而研究星载激光测高系统误差对测量精度的影响,以及相应的误差消除方法,是决定该项技术能否真正提高测量精度的可行性基础。本文以全球首颗激光测高卫星ICESat及其搭载的地学激光测高系统GLAS为例,基于星载激光测高的定位原理分析各项系统误差对测高精度的影响,并在此基础上介绍星载激光测高的系统检校方法,以期对发展我国的星载激光测高系统提供一定的参考。     

验潮与GPS联合监测南极中山站附近海冰厚度变化

北极海冰变化受全球气候变化影响明显,海冰的变化不仅体现在面积上,而且也体现在厚度上。利用海冰干舷高度可以反演海冰厚度,冰、云和陆地高程卫星/地球科学激光测高系统（ice,cloud and land elevation satellite/geoscience laser altimeter system,ICESat/GLAS）提供了高精度的海冰高程信息。利用ICESat/GLAS测高数据,提取了2003~2008年部分时间段北极区域海冰的干舷高度,分析了2003~2008年间北极海冰季节性以及年际变化特征。结果表明,北极海冰干舷高度呈下降趋势,并且在2007年夏季减少趋势最为明显。对北极海冰在2007年迅速减少的原因进行了探讨,并利用仰视声呐实测数据对干舷高提取算法存在的系统性偏差进行了讨论与分析。     

多准则约束的ICESat/GLAS高程控制点筛选

激光测高卫星在获取全球高程控制点方面具有独特的优势,本文针对ICESat(Ice,Cloud and land Elevation Satellite)卫星上搭载的地球激光测高系统GLAS(Geo-science Laser Altimetry System),提出了一种多准则约束的高程控制点筛选算法。算法综合利用全球公开版的SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)DEM数据对GLAS进行粗差剔除,然后利用GLA14产品中的云量、姿态质量标记、饱和度参数、增益参数等多种与测距有关的属性参数进行粗粒度的筛选,保留受云层、大气、地表反射率等影响较小的激光足印点,最后结合GLA01的波形特征参数做进一步精细筛选,提取出高精度的激光点作为高程控制点。本文还采用天津、河北两个实验区的数据,利用高精度的DEM成果数据对筛选的结果进行了验证。实验结果表明,经多准则约束筛选后的激光足印点具有很高的高程精度,能够作为1∶50000甚至1∶10000立体测图时的高程控制点使用,研究结论可为国产高分辨率卫星在境外地区进行无地面控制点的立体测图提供参考。     

利用GPS测量检核ICESAT卫星激光测高数据精度

将ICESAT测高数据与动态GPS数据进行了比较,对于沿卫星地面轨迹上的点,采用直线内插求定GPS点的高程,与GPS大地高的最小差异为0.76 m;对于偏离卫星地面轨迹的点,分别按与GPS点经、纬度差异小于5″、10″、20″的原则选取卫星地面轨迹上的点,比较了算术平均等3种方法内插GPS高程的效果,与大地高之差在2 m以内。选取ICESAT卫星激光测高地面轨迹与GPS动态轨迹交叉位置附近的点,分别用ICESAT测高数据与GPS数据进行内插,GPS点与ICESAT地面轨迹上的内插点的经度之差最小为0.000 03°,高程之差最小为0.381 m。在卫星地面轨迹附近选取点位进行静态GPS测量,比较了ICESAT与GPS观测结果之间的差异,分析了不同内插方法对结果的影响,在高山地区,最小高程差为0.103 m,最大差为27.475 m。     

Laser pointing angle and time of measurement verification of the ICESat laser altimeter using a ground-based electro-optical detection system

The Ice, Cloud, and land Elevation Satellite (ICESat) will begin science operations in 2003 with an emphasis on determination of the ice sheet temporal variations in the Arctic and Antarctic regions. The ICESat bus will serve as the transport for an instrument called the Geoscience Laser Altimeter System (GLAS). GLAS will provide altimetry and lidar measurements with a high level of accuracy. For altimetry, the GLAS data will enable determination of the laser pointing angle to within 1.5 arcsec and the laser pulse time of arrival on the ground to within 100 sec. Both of these data products contribute to the determination of the measured altitude vector from the spacecraft to the ice surface. Verification of both the laser pointing angle and the timing can be achieved by using a unique experimental technique designed to capture an altimeter pulse on the surface of the Earth. The capture of the laser pulse is accomplished by covering the illuminated area with devices designed to detect the arrival of energy within the altimeter footprint. This ground-based technique will supply an independent, unambiguous determination of the laser footprint geolocation and the epoch time associated with the arrival of the pulse on the surface. Knowledge of the laser footprint centroid on the ground will infer the laser pointing direction in the geocentric reference frame. This in situ measurement of the footprint geolocation and time of arrival will be compared to the corresponding data products provided by GLAS. The comparison of the GLAS laser pointing and the timing data with an independent measurement will verify the accuracy and/or will indicate the existence of any biases or errors in the generation of the GLAS altimetry data products. The detectors have been designed and tested in the laboratory and analyzed for energy level thresholds, system stability, temperature response and overall performance. Timing hardware has been tested and software has been written to achieve event detection within the desired accuracy.     

一种适用于航空影像的无参考模糊探测方法

针对侧风、强风、湍流等飞行环境容易造成航空影像运动模糊,严重影响航空影像质量,同时航空影像数据量大,手动挑选模糊影像费时费力的问题,为了提高航摄内业人员的工作效率,该文研究一种适用于航空影像的自动模糊探测方法,以主流的无参考再模糊算法Reblur和无参考结构清晰度算法NRSS为基础,结合航空影像具有丰富地物的特点,对影像进行分块处理,计算所有字块的Reblur和NRSS模糊探测值,最后得到整幅影像的模糊探测值。其中,再模糊算法通过计算待测影像和参考影像的水平和垂直运动方向上的灰度变化来评价图像模糊度;NRSS算法在结构相似度SSIM算法基础上加入梯度信息提取和高斯滤波等改进,通过计算结构相似度评价图像模糊度。实验结果表明,该文研究的无参考模糊影像探测方法适用于航空影像数据,其评价结果与人眼主观评价结果具有较高的一致性,能够准确地缩小模糊影像的查找范围,极大地提高了航摄内业效率。     

Arcsecond-level pointing calibration for ICESat laser altimetry of ice sheets

 Arcsecond-level accuracy of NASA's ICESat (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite) satellite laser altimeter beam pointing angle is required to satisfy the scientific goal of detecting centimeter-level elevation changes, over time, in the Greenland and Antarctic ice sheets. Two different approaches, termed “topographic inferred” and “direct detection”, were examined for calibrating the laser pointing angle (that is, detecting and removing pointing determination bias) at the 1.5-arcsec level, using information independent of the onboard pointing instrumentation. Both approaches entail estimating the beam pointing by differencing the three-dimensional position of the altimeter instrument and the laser-beam spot (or “footprint”) location on the ground. Analytical assessments of the two approaches are discussed, along with recommendations for the ICESat pointing determination calibration strategy. Received: 28 April 2000 / Accepted: 6 November 2000     

基于GCP库的星载SAR图像自动精校正

近年来,合成孔径雷达(SAR)技术已取得巨大进步,人们也越来越重视其潜在的应用前景。但是,雷达侧视成像性质和地形起伏的影响导致SAR图像的几何畸变非常复杂,大大影响了SAR图像的应用。几何精校正是SAR图像广泛应用的前提,但是校正过程中需要大量地面控制点(GCPs),以往的人工选点方法费时费力。本文提出了一种基于控制点自动匹配的控制点选点方法,用以提高点位精度和工作效率。该方法包括纠正区域GCP库的建立和GCP图像片的自动匹配。试验结果表明,该方法具有较好的应用价值。     

Himawari-8静止气象卫星时序法火点探测

随着新一代静止气象卫星的发射,高频次和高时效的观测特性对于火点探测具有独特优势。本文基于Himawari-8新一代静止气象卫星高频次观测特点,提出有利于火情初期火点判识的时序探测方法。与传统的极轨气象卫星遥感火情监测采用的上下文法不同,时序探测法判识火点的方法依据为探测像元亮温在观测时间上的差异。研究结果显示,在无云及无异常热源条件下,相邻时次中红外亮温差异较小,当前后时次亮温差达到3K时,可判识出火点,而上下文法的阈值均在6 K以上,时序法的火点判识阈值较上下文法明显降低,探测相应的亚像元火点面积减小一倍以上,从而提高了火情判识的灵敏度,实现火点早期发现。本文介绍了时序法火点判识方法,并以黑龙江桦川县的星地同步观测实验进行验证,研究表明,时序法较上下文法在初发火点探测灵敏度方面有明显优势,时序法和上下文法的结合可提高气象卫星对火情发展过程的监测能力。     

一种放电检测中紫外和可见光图像配准方法

为了将紫外图像和可见光图像进行融合让人们及时清晰地观测到设备故障,该文提出了一种基于相机模型和相机间透视变换的图像配准方法和相应的标定装置,能够实现高精度、小计算量的高效紫外图像和可见光图像的对齐。紫外和可见光的信息融合不仅能够探测目标发射的紫外光谱,还可以对目标进行清晰成像、精确定位,生成的多光谱图像改善单一光谱成像信息的局限性。利用多源图像的信息互补,提高图像检测的准确性、及时性,也更适合计算机的后续分析与处理。     

一种深度图像障碍物检测新方法

针对传统障碍物检测技术存在的不足,该文将Kinect深度摄像机作为障碍物检测系统的传感器,在Kinect实时三维重建和Meanshift图像分割的理论基础上,提出了一种基于Kinect深度图像的障碍物检测方法,并针对深度图像随机噪声点多的特点,提出了一种改进的高斯滤波算法.分别在不同环境中进行了障碍物检测实验,实验结果表明该文提出的检测算法能准确检测出复杂场景中的障碍物区域,并对光照具有很强的鲁棒性.     

轻量卷积神经网络遥感影像目标检测方法

针对常规遥感影像目标检测模型在低算力环境难以运行问题,提出一种新的轻量级目标检测方法.采用深度可分离卷积核及通道分组混排构建轻量级特征提取网络,采用K-means聚类获取锚点框,使用跨层连接双层特征金字塔预测多尺度目标.利用遥感影像目标检测数据集(RSOD)数据集对模型训练,采用精度均值,平均精度均值,每秒传输帧数对模...     

一种基于图像边缘特征的SAR斑点滤波算法

合成孔径雷达图像上的斑点噪声会阻碍图像的校准、检验、解译和应用,因此斑点噪声的去除是雷达图像处理的一个重要环节。通常的去噪方法在抑制噪声的同时也使得图像的边缘模糊,细节特征损失。理论和实践表明去除图像的斑点噪声和保持图像的边缘信息是无法同步实现的。为了在去除噪声和保持边缘特征之间进行折衷,本文基于MROA边缘检测算法以及均值滤波算法,提出了一种基于图像边缘特征的斑点噪声滤波算法。实验结果表明该算法能够在平滑图像的同时有效保持边缘特征信息。