天宫一号高光谱成像仪系统光谱辐射校正

针对天宫一号高光谱成像仪工作原理与数据特点,提出了可见—近红外波段高光谱成像仪,短波红外波段高光谱成像仪的系统光谱辐射校正方法,给出1级标准产品数据生成流程.该过程包括:背景噪声扣除,相对与绝对辐射校正,坏列检测与修复,光谱smile校正.最后,面向光谱辐射校正后数据存储给出了数据放大系数.为天宫一号高光谱数据的标准化产品生产提供了技术支撑,为天宫一号高光谱成像仪的在轨运行、民用示范与定量化应用提供了重要基础.     

天宫一号高光谱成像仪遥感应用

本文重点介绍了天宫一号高光谱成像仪设计、特性、在轨运控支持、地面数据处理技术及应用研究等方面内容,其中高光谱数据的辐射纠正及系统几何校正的精度满足各应用需要,数据产品质量在遥感各个应用领域获得验证.大量用户利用天宫一号高光谱数据在国土资源、海洋、林业、城市环境监测、水文生态监测等方面开展了较好的应用研究工作,取得了一批有价值的应用成果.中国科学院空间应用工程与技术中心作为载人航天空间应用系统的总体单位,负责天宫一号高光谱成像仪的总体研制管理、集成测试验证、在轨运行支持及应用研究的组织推广,为更好地发挥应用效益做出了积极的贡献.     

天宫一号高光谱数据相关检测法蚀变信息提取

天宫一号高光谱成像仪是目前中国空间分辨率和光谱综合指标最高的星载光谱成像仪.针对天宫一号高光谱数据,提出了一种基于波段相关检测的蚀变信息提取方法.该方法在对天宫一号高光谱数据进行波段相关检测提取蚀变异常特征波段的基础上,结合异常探测、端元提取和光谱匹配等方法的各自优势进行天高一号高光谱数据的蚀变信息提取.利用该法成功提取了天宫一号高光谱数据中的Al-OH矿物蚀变异常及4种蚀变矿物,结果表明该方法可以有效提取天宫一号高光谱数据中的蚀变信息,有助于天宫一号高光谱数据在地质矿产资源调查中发挥巨大的应用潜力.     

高光谱成像仪发展简况

高光谱遥感由于"图谱合一"的技术特点,能够提供更加丰富的对地观测信息,是一种较为先进的探测技术,目前已应用到地球科学的各个方面.本文首先介绍了高光谱成像仪的成像特点,进而从航空高光谱和航天高光谱两个角度分别介绍了成像仪的工程应用概况.最后,根据近几年国内外的有关论文及研究报告,综述了国内外高光谱成像仪最新发展态势,重点介绍了天宫一号高光谱成像仪的研制技术情况,与目前国际上的在轨运行的卫星高光谱仪相比,其在空间分辨率、波谱范围和波段数目等成像技术参数上具有相当优势,是我国光谱仪技术发展的里程碑.     

天宫一号高光谱遥感场景分类数据集及应用

天宫一号高光谱成像仪具有空间分辨率高、光谱分辨率高、图谱合一等特性，在中国航天高光谱领域具有里程碑的意义。针对一般遥感场景分类数据集尺度单一、光谱分辨率较低等问题，本文提出基于天宫一号的多谱段、高空间分辨率、多时相高光谱遥感场景分类数据集(TG1HRSSC)。利用天宫一号高光谱成像仪获取的高质量数据，经过辐射校正、几何校正、空间裁剪、波段筛选、数据质量分析与控制等，制作了一批通用的航天高光谱遥感场景分类数据集，通过载人航天空间应用数据推广服务平台（http://www.msadc.cn[2019-09-10]）进行分发和共享。该数据集包括天宫一号高光谱成像仪获取的城镇、农田、林地、养殖塘、荒漠、湖泊、河流、港口、机场等9个典型地物场景的204个高光谱影像数据，其中5 m分辨率全色谱段1个波段、10 m分辨率可见近红外谱段54个有效波段以及20 m分辨率短波红外谱段52个有效波段。研究利用AlexNet、VGG-VD-16、GoogLeNet等深度学习算法网络对构建的数据集进行场景分类的试验，结果表明该数据集的场景分类应用实现较好效果。由于该数据集具备高分辨、高光谱等特征优势，未来在语义理解、多目标检测等方面有着广泛的应用价值。     

若干高光谱成像新技术及其应用研究

高光谱成像数据已广泛应用于地质、海洋、农林、水文、城市、环境和军事等领域,对经济的可持续发展发挥了促进作用。随着研究的深入和应用的拓展,对高光谱成像系统的技术要求呈现多样化趋势。本文简要回顾了国内外高光谱成像技术的主要发展历程,依次阐述了运动补偿高光谱成像、紧凑型热红外高光谱低温光学、宽谱段一体化机载高光谱集成、基于AOTF分光的凝视型高光谱成像以及阶跃集成滤光片等具有代表性的高光谱成像关键技术,并简要介绍了这些新技术在天宫一号、嫦娥三号等国家重大任务中的应用情况。     

基于天宫一号高光谱数据与Landsat TM数据的湿地利用变化监测

本文利用2013年4月18日获取的天宫一号高光谱成像仪数据和1985年5月1日获取的Landsat TM数据,对黄河入海口地区湿地的土地利用状况进行了监测研究.通过对比分类结果发现,该地区近30年来人类活动对湿地的影响强烈,滩涂开垦、水产养殖业占用自然水面现象严重.同时由于天宫一号高光谱成像仪数据具有更高的光谱和空间分辨率,其分类精度优于Landsat TM,更适合于湿地的监测.     

天宫一号数据地表温度反演及其在城市热岛效应中的应用

针对天宫一号高光谱成像仪红外波段数据提出了一个单通道地表温度反演算法,算法的输入参数为大气水汽含量和地表发射率.利用模拟数据和黑河流域生态—水文过程综合遥感观测联合试验的地面实测数据对算法进行了精度评价,结果表明算法的均方根误差为2.72 K,能够满足大多数应用研究的需求.以北京市二环以内为研究区域,采用4个时相的天宫一号高光谱红外波段数据进行了城市热岛效应研究,结果表明天宫一号高光谱红外波段数据适合用来进行街区尺度的城市热岛效应研究,具有很大的应用潜力.     

面向地质应用的天宫一号成像光谱数据评价

天宫一号高光谱数据是继美国Hyperion之后,另一种可应用于地质领域的成像光谱数据.面向地质应用特点与需求,针对反射率产品开展全面、定量的数据质量评价对于深化应用研究具有重要意义.但是,由于航天成像光谱数据与地面实测波谱空间尺度差异甚大,在荒漠戈壁区选取自然地物进行波谱测试,并对其开展评价,特别是定量评价,非常困难.本文以航空HyMap数据为传递,完成了天宫一号成像光谱数据质量的定量评价.结果表明,在矿物识别采用的主要短波红外谱段,天宫一号高光谱数据的信噪比明显优于Hyperion数据.采用2190—2230 nm、2310—2355 nm两个谱段的吸收深度初步对天宫一号高光谱短波红外数据真实性进行了评价,经过校正后,天宫一号数据Al-OH、Mg-OH/CO₃^2-矿物大类或组合的漏提率从71%、67%减小至29%、28%,可有效提高弱信息的检出率.     

艇载推帚式高光谱成像系统的地面模拟仿真

本文针对近年来飞艇遥感监测的需求,在自主开发的高光谱推帚成像系统的基础上,建立了基于飞艇的推帚式高光谱成像模型,给出多坐标系转换关系,快速准确地校正推帚式高光谱图像;同时通过地面仿真实验模拟高空飞艇运动姿态,在实际飞行之前,验证成像模型的可靠性和正确性,降低实际飞行风险及费用。     

TDI CCD交错拼接推扫相机严格几何模型构建与优化

时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)交错拼接推扫相机,是指焦平面上交错成两行排列多个TDI CCD阵列,并采用推扫成像方式的光学相机。为兼顾空间分辨率与地面覆盖宽度,当前较多的高分辨率光学遥感卫星都搭载了此类相机。本文总结了此类相机的成像原理和特点,基于成像瞬间多片CCD共享一套外方位元素的特点构建了该类相机的"整体几何模型"。针对定位过程中的外部误差和内部误差,基于整体几何模型设计了相应的内外误差补偿方案,对该类相机几何模型的优化进行了研究。以8片TDI CCD交错拼接的天绘一号(TH-1)卫星高分相机原始影像为试验数据设计了多组试验对本文方法进行验证。结果表明:本文的整体几何模型可严格描述该类相机的原始几何物像关系;仅进行外部误差补偿时,影像定位精度显著提升,但各分片CCD影像残留有不同的系统误差;仅进行内部误差补偿时,影像定位精度没有显著提升,但各分片CCD影像定位精度的一致性得到明显改善;对内部、外部误差均补偿后,影像在X、Y、Z方向的定位精度皆优于2m,且各分片CCD影像定位精度具备一致性;将计算出的内部误差补偿参数应用于成像时间间隔22d的其他多景影像时仍达到了同样的定位精度。     

TDI CCD相机动态成像对几何质量的影响研究

本文通过影像模拟的方法分析动态积分成像对空间TDI CCD相机成像几何质量的影响。首先对卫星固有推扫速度、像移速度与电荷转移速度失配、卫星三轴姿态运动及偏流角误差等4种动态成像因素进行了介绍,建立了4种因素的数学模型;在此基础上提出了空间TDI CCD相机成像模拟方法;最后提出统计单级静态影像和多级动态合成影像配准误差的分布特点评价与4种因素有关的内部几何质量,统计低阶多项式拟合的姿态曲线与实际姿态曲线条件下地面点像方误差的分布特点评价外部几何质量。     

Landsat 7图像快速几何校正方法研究

Landsat 7采用双向扫描的方式，由于扫描非线性及卫星姿态和轨道的波动，使得建立卫星视线的计算量增大。引入一种求视线的快速方法，将图像上的扭曲分解为标称扫描镜及卫星运动引起的和7个偏离标称运动的微扰量引起的两个部分，详细分析了各个微扰量造成的影响，建立了一个新的视线求解方程。最后用实际的数据验证了方法的速度和精度。     

几何失真对SAR图像匹配的影响及校正方法分析

合成孔径雷达SAR用于图像匹配导航系统,可大大提高导航精度。然而地形起伏和大气干扰等因素使得SAR实时图存在几何失真,降低了匹配性能。通过对SAR实时图几何失真成因分析,提出了一种二维可分离的几何校正方法,并得出方位向几何失真可跟随成像处理预先校正,图像后处理只需校正距离向。利用数字高程模型DEM和正射图模拟得到了3幅具有不同地形特征的SAR实时图,并分别利用3种几何校正方法对其进行统计实验,得到了不同地形SAR实时图几何校正方法选取的准则。     

开放式空间基础信息平台的发展特征与技术内涵

基于测绘和地理信息产业发展背景,针对日益增长的数据融合、实时共享、深度处理和个性化的需求,对数字城市中测绘服务特征进行分析,重点介绍符合云计算模型的开放式计算环境、多路径数据更新、多源数据一体化集成、全尺度城市编码、自适应空间数据处理和动态在线制图等理论、方法与关键技术。在此基础上,研制开发了开放式空间基础信息平台,并成功应用于数字深圳的建设中。     

高分辨率卫星影像几何精度真实性检验方法

以日本ALOS卫星为例,分析了线阵推扫式卫星影像成像特征,从理论上阐述利用严密成像几何模型建立卫星影像像点与物点之间的成像几何关系,并利用光束法区域网平差技术对影像几何精度进行真实性检验的方法。在实验部分,基于中国嵩山遥感几何定标场的参考数据,对ALOS卫星影像的几何精度进行了验证,获取了它的有控和无控的定位精度,并用解算的外方位元素建立立体模型,检测不同地形生成DEM精度。     

Calibration facility for airborne imaging spectrometers

A new facility designed to perform calibration measurements of airborne imaging spectrometers was established at the German Aerospace Center (DLR) in Oberpfaffenhofen. This Calibration Home Base (CHB) is optimized to characterize radiometrically, spectrally, and geometrically the APEX (Airborne Prism Experiment) imaging spectrometer, which is currently being developed under the authority of the European Space Agency (ESA). It however can be used for other optical sensors as well. Computer control of major laboratory equipment allows automation of time consuming measurements. In APEX configuration (wavelength range: 380 to 2500 nm, instantaneous field of view: 0.48 mrad, field of view: ±14) spectral measurements can be performed to a wavelength uncertainty of ±0.15 nm, geometric measurements at increments of 0.0017 mrad across track and 0.0076 mrad along track, and radiometric measurements to an uncertainty of ±3% relative to national standard. The CHB can be adapted to similar sensors (including those with thermal infrared detectors) by exchanging the monochromator’s lamp, the gratings and the filters, and by adjusting the distance between the sensor and folding mirror.     

利用轨道参数修正的无控制点星载SAR图像几何校正方法

使用距离多普勒模型进行SAR图像几何校正时,卫星轨道误差、系统成像参数误差和DEM高程的误差会影响几何校正精度。本文提出了一种基于轨道参数修正的星载SAR图像几何校正方法。首先利用多项式对卫星轨道进行参数化,然后使用模拟SAR图像与真实SAR图像进行匹配得到控制点来修正轨道参数,最后利用修正后的参数进行几何精校正,从而提高几何校正精度。该方法无需地面控制点,适用于不易于人工测量获取地面控制点地区的SAR图像几何校正,与基于模拟SAR图像匹配并使用多项式改正的几何校正方法相比,本文方法具有更高的精度。使用Radarsat-2图像进行试验,并使用地面实测GPS控制点验证了本方法的有效性。     

资源一号02C卫星全色相机在轨几何定标方法

为提高资源一号02C卫星全色影像几何精度,首先从其严格几何成像模型出发,对成像过程中的几何误差来源及其特性进行分析,在此基础上构建资源一号02C卫星全色相机的在轨几何定标模型;然后,将待定标参数分为内外定标参数,采用分步迭代策略进行解算;最后,基于本文的定标模型及解算方法,利用嵩山定标场提供的高精度参考数据对其进行了在轨几何定标实验。实验结果表明,本文的定标模型及解算方法合理有效,能显著提高资源一号02C卫星全色影像的无控定位精度和有控定位精度;同时,内定标精度优于0.3个像元。     

高轨无缝面阵扫描判断方法：栅格法和几何相交法

极轨海洋卫星的时间分辨率低,不能及时感知快速变化的海洋现象及海洋突发事件,因此,发展静止轨道海洋成像辐射计势在必行。静止轨道卫星可以长时间观测指定海域,但是视场小,需要通过二维指向镜等方式扩大卫星的观测区域。本文意在通过提出漏扫判断方法,给出合理的扫描方式,保证高轨面阵扫描无地理信息遗漏。首先,本文在分析二维指向镜成像原理的基础上,给出了指向镜子图像成像特性以及不同方向、大小的电机转角所引入的像面旋转。其次,画出了子图像的边界包络图,直观地给出了扫描角度变化与图像覆盖程度的关系。最后,提出了两种无缝拼接的判断方法:栅格法和几何相交法,栅格法能够判断出图像覆盖次数,几何法速度快、准确度高。实验结果表明应用本文的两种方法得到了不同扫描角度间隔下地球边缘有无漏扫的情况,找到基于本文光学系统、可覆盖全球且无缝拼接图像的最大俯仰、方位转角间隔,为电机转角步距的设置提供理论依据,保证不漏扫的同时提高载荷的时间分辨率。