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.     

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.     

高光谱红外谱段交叉定标与近海遥感应用试验

以MODIS红外谱段数据为基准,对高光谱红外谱段数据进行辐射交叉定标试验,同时运用高光谱红外谱段数据对近海海表水温进行了评估试验.交叉定标数据选取2012年—2013年冬、夏两季各一幅代表性图像,MODIS与高光谱红外谱段数据成像时间均为同一天白天.实验结果表明,天宫一号高光谱红外谱段数据与MODIS数据具有极好的相关性,相关系数R大于0.95;在此基础上建立了基于MODIS 32波段的辐亮度线性回归校正方程,并用于海表温度反演、检测自然与人工扰动造成的海表温度异常.基于校正数据反演的中国南北典型冬、夏代表性季节的海表温度与常识较为一致.由此表明,基于MODIS交叉定标的天宫一号数据可用于实际的业务化定量评估;同时,由于空间分辨率较高,天宫一号高光谱红外谱段数据在海水精细空间动态变化检测上表现出极好的性能.     

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.     

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。     

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.     

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.     

天宫一号高光谱成像仪严密成像几何模型研究

为了获得高信噪比影像数据,天宫一号高光谱成像仪采用了运动补偿技术增加探测器积分时间的成像模式.针对此种成像方式,本文分析了成像仪的成像特点与发射镜的运动规律,建立了反射镜角度与观测矢量的几何关系,形成了基于天宫一号高光谱成像仪的严密成像几何模型.该模型符合反射镜运动补偿条件下像点与对应地物点的几何关系,通过理论精度分析和实际应用验证了纠正模型的正确性,并能获得与理论相符的实际几何定位精度.     

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.     

利用天宫一号高光谱红外谱段估算青藏高原地表通量与蒸散量

利用天宫一号高光谱红外谱段,结合准同步的Aqua MODIS (MYD021KM) 资料,在对地表特征参数估算的基础上,利用地表能量平衡系统模式计算藏北高原地区的地表通量与蒸散量.结果表明基于天宫一号高分辨率高光谱红外谱段的地表通量与蒸散量估算结果和地表实际状况吻合,具有很大的应用潜力.     

利用天宫一号高光谱数据识别植被类型的评估研究

天宫一号高光谱数据尚未得到普遍应用,其数据的质量和应用潜力仍在进一步实践求证和挖掘.See5.0数据挖掘工具是一种能够找出训练样本中模式类隐含特征,并可以自动建立决策规则的分类算法,可避免人为建立分类规则的主观性.本文首先通过光谱曲线分析,选择地物光谱分离性最好的波段组合,然后利用See5.0工具生成规则集,再利用规则集对同一幅天宫一号高光谱数据在不同分类级别上进行分类,并利用相同的验证样本进行精度验证.经过光谱分析发现分类不同森林类型的最佳谱段中心波长分别为:655 nm、673 nm、802 nm、866 nm、984 nm,See5.0分类结果表明在同一树种不同生长期及不同亚种的分类级别上,分类精度在45%以下,表现出了一定局限性,但在树种分类级别上,天宫一号数据表现出了高光谱的优越性,分类精度皆在80%以上,植被类型分类级别,分类精度可达到90%以上.     

利用天宫一号和Landsat7对地观测数据的森林变化检测

由于自然演替和一些干扰因素的影响,森林覆盖处在不断的变化中.结合云南省西双版纳地区的天宫一号高光谱数据以及Landsat影像,研究了热带森林覆盖制图与变化检测的自动化识别方法.首先分析了每景影像中红光波段的光谱属性,依据直方图提取出纯净森林像元,然后计算影像中各像元与纯净森林像元之间的光谱相似性,从而得到森林指数并以此为依据提取出每景影像对应的森林覆盖图,将多期的森林覆盖专题图进行叠加分析即可得到森林变化专题图.结果表明:(1)使用天宫一号高光谱影像可以进行森林覆盖自动化提取,生成的森林覆盖图合理地反映了森林分布状况;(2)与多期遥感影像结合进行森林变化信息提取,提取结果很好地体现了森林减少和森林恢复情况,对新恢复的未郁闭森林也可以进行有效检测.     

星载SAR图像船舶及航迹检测

研究了星载SAR图像中船舶目标及其航迹的检测提取方法。通过扩展分形特征检测船舶目标,在目标周围运用局部Radon变换检测航迹。实验结果表明,本文方法对于静止和运动船舶目标的检测都具有较强的鲁棒性。     

Estimation of ship velocities from MODIS and OCM

Detection of ships and their tracks in the atmosphere from satellites was earlier demonstrated by Porch, Noone, and Kaufman, among others. In this letter, we have gone one step further to estimate the ship speed and direction by locating them and their tracks from multisatellite imagery. Exhausts from the ships create streaks of clouds in the atmosphere that help identify the same ship from two satellites. Ship velocities are estimated from displacements of ships. We have used optical sensors data from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Ocean Color Monitor (OCM) to demonstrate this technique. Estimated velocities of ships are within the expected range. Application of this approach has general interest to the navy, coast guards, shipping corporations, commercial ship owners, and fishermen. More satellite observations can be used to continuously monitor the ship velocities.     

基于引力场增强的SAR图像舰船检测方法研究

船只检测是实现船只航行安全的重要措施之一,利用SAR图像可实现船只检测。然而,传统的一些方法一般容易受到SAR图像斑噪的影响,在检测结果中产生大量的虚警。为解决这一问题,本文提出了一种基于引力场增强的舰船检测方法。该方法利用像素与其邻域内像素的相互作用可对目标像素增强的效应,有效地抑制了斑噪像素和背景像素的强度,凸显了目标。由于增强后的像素已经不满足对海面区域的均质性假设,因此直接使用恒虚警检测算法对图像进行全局检测并不能够得到很好的效果,据此本文引入了一个基于均质区域自适应分割的改进的K-CFAR检测算法,将图像分割为不同大小的一系列均质区域,并分别对各个均质区域使用一个改进的K-CFAR检测器对船只目标进行检测。最后,使用Radarsat-1数据和Envisat ASAR数据对本文算法进行了验证。实验表明,本文提出的方法能够有效地凸显弱目标,增加检测准确性,降低检测的虚警概率。     

利用双指数函数导数模型进行高分辨率卫星影像目标检测

提出了一种从高分辨率卫星影像中检测特定目标的方法。该方法首先用一种双边滤波的方法去除图像中的噪声,然后采用形态学处理的方法对图像进行分割和特征增强,并提取兴趣区域。在目标检测阶段,设计了一种基于双指数函数导数(DODE)模型的检测算子,该算子是面向具体目标设计的,能实现稳健的目标检测。对Google Earth中的影像分别进行了车辆检测实验和船舰检测实验,结果表明,此方法能够有效准确地检测高分辨率卫星影像中的特定目标。     

一种改进的CFAR船只探测方法

提出了一种改进的CFAR船只探测算法。该方法采用PNN模型来估计海面雷达后向散射的概率分布模型,利用CFAR技术来确定整体阈值,采用基于交叉验证技术的黄金分割搜索法估算高斯分布的形状参数,使用区域生长法去除虚警。使用Radarsat图像对该方法进行了检验,并与改进前的算法进行了比较,结果显示该文的探测算法在探测精度和探测速度上均明显优于改进前的算法。