基于红外探测器焦平面成像的白天测星技术研究

对于大气层以下的传统可见光天文导航,存在白天日照强烈而无法观测星体,数据缺乏连续性,可观测恒星数量少,无法实现全天时天文导航等问题.文中设计并探究利用红外探测器焦平面成像技术来取代可见光CCD成像技术的短波红外天文导航方法,分析短波红外波段相对于可见光波段,在大气层内白天观星实现全天时天文导航的优势,并对其可行性进行实...     

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.     

红外遥感器自身引起的背景辐射研究

针对折反射光学型式的红外遥感器,结合各组件辐射的传输特性,建立系统自身辐射的计算模型,分析了遥感器自身热辐射所形成的背景辐射.通过将背景辐射与目标辐射相比较,分析其对红外探测的影响,并讨论了背景辐射影响的消除方法.最后,利用该模型分析了天宫一号高光谱成像仪红外观测谱段的背景辐射,并讨论了光瞳像差的影响.     

利用融合方法提升WorldVeiw短波红外影像分辨率

WorldView卫星在8个可见光-近红外多光谱波段的基础上,新增加的8个短波红外(简称SWIR)影像,大大提高了地物信息提取能力.但短波红外影像分辨率与多光谱影像相比分辨率过低,影响应用效果.本文提出了一种结合主分量变换和非下采样小波变换的影像融合方法来提升WorldView短波红外影像的空间分辨率.定量指标和目视评价证明本文提出的融合方法具有较好的融合效果,能够在显著提升短波红外影像空间分辨率的同时很好地保持原始光谱特性.     

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.     

SZ-3 CMODIS 数据的质量及应用分析

中等分辨率成像光谱仪(CMODIS)具有34个光谱段,包含了从可见光、近红外、短波红外和热红外波段的波谱信息.本文结合2002年5月在北京地区开展的地面同步观测实验,对CMODIS数据质量进行了初步分析与评价,并对其在土地利用覆盖和水体污染分布监测等方面的应用效果进行了研究与分析.研究结果说明,CMODIS 数据质量达到了应用要求,可正确地反映不同地物类型的波谱响应.     

航空遥感数据典型自然下垫面偏振特性分析

对于航空航天大气偏振遥感来说,下垫面偏振辐射噪声影响扣除至关重要。本文基于航空偏振遥感数据,探讨了典型自然下垫面对可见光及短波红外波段偏振敏感性。研究发现,在可见光波段与短波红外(2250 nm)波段,植被下垫面偏振反射率线性拟合斜率都接近1,相关系数大于0.95,表明植被偏振反射率对光谱波段不敏感。比较分析了平静水面和存在耀光水面在670 nm和2250 nm两波段的偏振特性,存在耀光的水面其偏振反射率大约是平静水面的3倍。此外,在实验室测量了红砂土和河沙土的偏振反射率,偏振反射率随波段的改变量很小,其与波段的线性拟合斜率仅为10-5量级,说明两者的偏振反射率对波段很不敏感。因此,利用典型自然下垫面在可见和短波红外波段的偏振反射特性,将能够有效进行地气解耦,提高大气偏振遥感精度。     

泰国高光谱矿物填图与矿产数据库建立

高光谱遥感,在成像过程中,它利用成像光谱仪,在可见光、近红外、中红外、热红外波段范围内,获取许多非常窄的连续光谱的影像数据,其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息,实现了地物的空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取。本文基于遥感平台,对泰国研究区的Hyperion数据进行研究,采用光谱角矿物填图(SAM)方法进行填图,对研究区矿产预测评价起到了良好的辅助效果。在现代地理信息系统学科技术和地理数据库的基础上,将泰国研究区中所获得的地质、遥感、矿产等相关数据资料进行入库,建立泰国国家的数据库。     

成像光谱遥感技术及其图像光谱信息提取的分析研究

成像光谱技术是80年代发展起来的最新遥感方法。本文对其原理、理论基础及图像光谱信息提取的方法进行了探讨,并在红外细分光谱(FIMS)金矿蚀变带信息提取分析研究的基础上,通过对可见光细分19波段AMSS、澳大利亚的24波段GEOSCAN、MKII AMSS及美国GER64通道成像光谱数据的初步处理,发展和形成了一些针对超多波段成像光谱数据的图像处理和分析及光谱信息提取的方法。 成像光谱信息提取的方法,主要包括图像光谱反射率转换技术、图像光谱曲线显示、光谱特征参数测度(光谱吸收特征的波长位置、宽度、深度)、图像地物光谱曲线与地物光谱数据库的信息匹配以及地物光谱识别专家系统。本文以红外细分光谱图像在金矿蚀变带信息提取分析中的应用为例,讨论了成像光谱图像的一种处理分析技术及其发展前景。     

利用融合方法提升WorldView短波红外影像分辨率

WorldView卫星在8个可见光-近红外多光谱波段的基础上,新增加的8个短波红外（简称SWIR）影像,大大提高了地物信息提取能力。但短波红外影像分辨率与多光谱影像相比分辨率过低,影响应用效果。本文提出了一种结合主分量变换和非下采样小波变换的影像融合方法来提升WorldView短波红外影像的空间分辨率。定量指标和目视评价证明本文提出的融合方法具有较好的融合效果,能够在显著提升短波红外影像空间分辨率的同时很好地保持原始光谱特性。     

Dim and Small Target Detection Based on Characteristic Spectrum

Dim and small target detection is one of the most challenging issues based on space-based detector. Original space-based detector only uses infrared bands, and the target information is limited in one-band image, so that detection error rate is high. In order to increase the target information, we suppose spectral imaging technology can be applied to the space-based detection system. Use bands of stronger radiation of targets than that of background as detection bands theoretically; the detection bands also can be called as the characteristic bands of targets. On these bases, the paper proposes methods of fuzzy fusion and fusion segmentation to achieve the target detection. Fusion is a combination of images from the characteristic bands, which can eliminate background, restrain noise, and enhance the target. Threshold segmentation and fuzzy algorithm assisted fusion algorithm to complete the final detection. In the simulation experiment, missile plume is considered as the detection target, atmosphere, cloud and jet plume is considered as the detection background, and the advantages of the characteristic spectrum detection and the proposed algorithm are verified from SNR, SCR, ROC curve, and time.     

De-striping hyperspectral imagery using wavelet transform and adaptive frequency domain filtering

Hyperspectral imagers are built line-by-line similar to images acquired by pushbroom sensors. They can experience striping artifacts due to variations in detector response to incident imagery. In this research, a method for hyperspectral image de-striping based on wavelet analysis and adaptive Fourier zero-frequency amplitude normalization has been developed. The algorithm was tested against three other de-striping algorithms. Hyperspectral image bands of different scenes with significant striping and random noise, as well as an image with simulated noise, were used in the testing. The results were assessed visually and quantitatively using frequency domain Signal-to-Noise Ratio (SNR), Root Mean Square Error (RMSE) and/or Peak Signal-to-Ratio (PSNR). The results demonstrated the superiority of our proposed algorithm in de-striping hyperspectral images without introducing unwanted artifacts, yet preserving image details. In the noise-induced image results, the proposed method reduced RMSE error and improved PSNR by 3.5 dB which is better than other tested methods. A Combined method, integrating the proposed algorithm with a generic wavelet-based de-noising algorithm, showed significant random noise suppression in addition to stripe reduction with a PSNR value of 4.3 dB. These findings make the algorithm a candidate for practical implementation on remote sensing images including high resolution hyperspectral images contaminated with stripe and random noise.     

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。     

高光谱热红外遥感：现状与展望

高光谱热红外数据中蕴含着丰富的长波光谱信息,可以更精细的揭示地气耦合过程导致的辐射变化,反映热红外谱段特有的地物诊断特征,同时高光谱特性也可以为热红外关键特征参数的病态反演问题提供更合理的假设和约束条件,具有重要的研究价值和应用前景。高光谱热红外遥感技术自诞生起,在吸纳多光谱热红外遥感技术的基础上迅速发展,成为热红外遥感领域的重要研究方向和突破点。然而,当前高光谱热红外遥感存在着可用数据不足,处理方法传统,反演精度有限,应用难以有效实施等问题。为进一步明晰高光谱热红外遥感的研究进展和现存挑战,本文在高光谱热红外相关文献深入分析的基础上,梳理了高光谱热红外研究的发展脉络和热点,介绍了现有国内外主要的高光谱热红外传感器,分析了高光谱大气效应校正、地表温度和发射率分离以及地气关键特征参数一体化反演的现状和问题,总结了相关典型行业应用,展望了高光谱热红外的发展方向,以期为未来高光谱热红外研究工作的开展提供借鉴和帮助。     

多目标无人机微型凝视高光谱成像仪辐射校正

微型凝视高光谱成像仪可以同时获取两个空间维度和一个光谱维度图像,且仅记录整个高光谱图像的外方位元素而不是记录每一帧图像的外方位元素,避免了扫描时的几何不稳定性,有效解决了小型线扫式高光谱成像仪成像几何变形大的问题,适合于姿态不稳定小型无人机负载平台。目前,研究大多集中于线扫式高光谱成像仪辐射校正方法。凝视型高光谱成像仪应用时间较短,国内外没有较为成熟的数据处理研究,阻碍了无人机微型凝视高光谱成像系统的应用。本文研究了无人机载微型凝视高光谱成像仪辐射响应线性度特性和辐射响应变异性的校正方法,并定量评估该方法的有效性。结果表明,辐射响应变异性校正前,高光谱图像存在明显的渐晕效应和条带现象,校正后,不同波段中像元的辐射响应变异系数显著下降,且渐晕效应和图像条带明显减少。本文提出了基于多目标辐射定标方法,并通过比较定标后的高光谱图像光谱与地面光谱仪实测地物光谱来验证辐射定标的精度。结果表明,多目标辐射定标方法的定标结果表现出更好的效果,特别对于近红外波段,与光谱仪实测的地物反射率差异较小。     

Statistical analysis of signal measurement in time-of-flight cameras

Three-dimensional imaging systems have evolved significantly in the last two decades due to increase in demand for tasks in the field of close range photogrammetry. The fast and growing need of 3D imaging devices has given rise to range image technology, especially time-of-flight (TOF) cameras, that provide direct measurement of distance between the camera and the targeted surface. A significant advantage of TOF devices over traditional range data sensors is their capability to provide frame rate range data over a full image array. In phase shift TOF cameras, phase shift sampling of the received signal is used to measure amplitude, phase and the offset (intensity) of the received signal. As a result, the quality of the measurement of these sensors depends heavily on signal-to-noise (SNR) of the incoming signal and the subsequent processing algorithms. A detailed understanding of the statistical distributions of the measurement parameters is crucial for accurate distance measurement analysis especially in low SNR scenarios. In this paper, we provide explicit noise models for the three parameters of amplitude, phase and intensity. The proposed stochastic model helps in investigating the effect of noise on signal and classifying range data reliability in TOF cameras. The model is used for prediction of errors in a TOF camera under various SNR conditions. Experimental verification confirms the validity of the model using real data for range error classification under different noise conditions.     

航空高光谱遥感区域成矿背景研究——以甘肃柳园-方山口地区为例

高光谱遥感是当前地质遥感研究的前沿和热点,国内外的相关研究集中在数据处理、矿物填图、模型构建等方面,利用航空高光谱遥感技术进行区域成矿背景的研究较少。然而,要解决好高光谱遥感找矿问题,首先必须研究区域成矿背景,特别是找矿方向和有利的找矿区段,否则构建的找矿模型将不能充分发挥作用。本文以核工业北京地质研究院国家级遥感重点实验室装备的航空高光谱成像系统在甘肃柳园—方山口地区获取的可见光-近红外(CASI),短波红外(SASI)高光谱遥感数据为数据源,利用矿物填图方法所填的区域矿物分布图,探讨了柳园—方山口地区的区域成矿条件,厘定了找矿要素,构建了区域成矿构造格架,分析了区域已知矿产的空间分布规律,探索了该区的区域找矿方向和最佳找矿地段。在此基础上,利用建立的高光谱遥感找矿预测方法,新发现了7处找矿靶区,取得了显著的地质找矿效果。该成果不仅对指导柳园—方山口地区进一步找矿有重要作用,而且提出的一套高光谱遥感技术研究区域成矿背景的思路、途径和方法,对其他地区的高光谱遥感地质应用也具有重要的借鉴价值。     

Distributed Source Coding of Hyperspectral Images Based on Three-Dimensional Wavelet

To reduce the possibility of poor efficiency and weak anti-error capability while encoding and transmitting hyperspectral images, we present a distributed source coding scheme for hyperspectral images based on three-dimensional (3D) set partitioning in hierarchical trees (SPIHT). First, the 3D wavelet transform is performed on the hyperspectral image. Thereafter, the low frequency section is regarded as the Key frame and the high frequency section as the Wyner–Ziv frame to enable independent SPIHT coding through different transmission channels. The Wyner–Ziv encoder uses Turbo channel coding to create high frequency information that reflects the details of the image with better anti-error capacity, while the low frequency information shows the main energy of the image. In this study, we used SPIHT coding to acquire a bit stream with quality scalability. Results show that the proposed scheme is more efficient during coding, while at the same time providing improved anti-error capability and quality scalability of the bit stream.