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。     

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.     

面向对象规则和支持向量机的天宫一号高光谱影像分类

传统的高光谱分类方法通常基于单一像元的光谱或纹理特征,很少考虑地物空间结构信息与空间相关特征.本文将面向对象规则与基于像元的分类进行融合,利用对象的空间结构特征和光谱特征进行混合分类,旨在克服像元层次分类的不足.本文尝试性的提出了两种混合分类方法:(1)基于分形网络演化的多尺度分割支持向量机分类(2)基于多层分水岭分割的SVM分类,并将这两种方法应用到天宫一号高光谱数据上.结果表明:基于面向对象规则的混合分类方法有效地提高了分类精度,不仅能够改善同谱异物现象,而且解决分类结果中地物破碎的问题.     

天宫一号高光谱数据辐射校正的CUDA并行优化

高光谱图像经过辐射校正后,消除了探测元的响应差异,能更好地满足专题信息提取的数据要求.利用探测元的列均值、列标准差等统计信息对天宫一号高光谱短波红外数据进行辐射校正检验,并基于GPU CUDA计算模型对均值归一化、矩匹配、相邻列均衡等3种相对辐射校正算法进行了并行计算优化.通过辐射校正计算流程拆分,CPU控制流程逻辑,GPU执行数据级并行计算,并建立CUDA的计算单元与数据单元的映射关系,获得5—7倍的计算加速比,这些辐射校正算法依据图像自身统计信息,且易于进行并行计算优化,满足实时校正的处理时效要求,为未来高光谱数据在轨实时辐射校正提供了新思路.     

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.     

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.     

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.     

天宫一号高光谱数据的船只检测实验

针对检测目标进行基于引力场的船只目标增强,计算船只目标的纹理、光谱等指标,基于支持向量机(SVM)方法,利用天宫一号高光谱数据,得到空间探测信息与地面实际目标之间存在精确的相互关系,进行船只检测实验研究.结果表明:天宫一号高光谱数据能够有效的从海水背景中提取船只信息,但船只类型仍难以有效识别.图像的自动分割对于船只的检测非常重要.传感器的多光谱与高分辨率相结合是今后研制的一个主要方向.     

Advances in spaceborne hyperspectral remote sensing in China

With the maturation of satellite technology,Hyperspectral Remote Sensing(HRS)platforms have developed from the initial ground-based and airborne platforms into spaceborne plat-forms,which greatly promotes the civil application of HRS imagery in the fields of agriculture,forestry,and environmental monitoring.China is playing an important role in this evolution,especially in recent years,with the successful launch and operation of a series of civil hyper-spectral spacecraft and satellites,including the Shenzhou-3 spacecraft,the Gaofen-5 satellite,the SPARK satellite,the Zhuhai-1 satellite network for environmental and resources monitoring,the FengYun series of satellites for meteorological observation,and the Chang'E series of spacecraft for planetary exploration.The Chinese spaceborne HRS platforms have various new characteristics,such as the wide swath width,high spatial resolution,wide spectral range,hyperspectral satellite networks,and microsatellites.This paper focuses on the recent progress in Chinese spaceborne HRS,from the aspects of the typical satellite systems,the data processing,and the applications.In addition,the future development trends of HRS in China are also discussed and analyzed.     

天宫一号超光谱仪红外谱段的实验室定标

天宫一号超光谱仪红外谱段光谱范围是8.0—10.5 μm,采用红外线列焦平面推扫方式成像.通过实验室定标实验,获得了每个探测元对应的辐射响应系数和响应线性度,并得到每一探测元的动态范围与噪声等效温差,验证了图像输出校正效果,同时,根据定标实验误差来源分析计算了最终的辐射定标误差.     

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.