火星快车HRSC线阵推扫式影像地面点反投影快速融合

欧空局火星快车上的HRSC高分辨率立体测绘相机,可同时获取火星表面全色与多光谱影像。其全色影像分辨率高于多光谱影像,通过融合处理可以生成火星表面高分辨率多光谱影像。基于严密几何模型对HRSC影像进行几何纠正是融合处理的基础,本文结合HRSC线阵传感器行中心投影的特点,设计了一种基于地面点反投影快速算法的影像融合方法,利用物方投影面的几何约束实现地面点反投影的快速解算以及HRSC线阵影像的高效率几何纠正;然后基于IHS融合变换方法实现金色与多光谱影像的像素级融合。对火星快车HRSC影像不同地形数据进行试验,验证了本文算法的正确性、高效性。     

火星快车HRSC线阵影像投影轨迹法近似核线重采样

火星快车高分辫率立体相机(high resolution stereo camera, HRSC)线阵推扫式影像具有分辫率高、全球覆盖性好等特点,对火星快车HRSL影像进行摄影测量处理可获取火星全球高分辫率地形数据,而影像匹配是自动获取地形数据的关键利用核线几何约束可以将影像匹配搜索范围由二维降至一维本文在构建火星快车HRSC线阵影像严格几何模型的基础上,提出了一种近似核线重采样方法首先,利用投影轨迹法分析 HRSC线阵影像核线的直线性与平行性;然后,将原始HRSC影像进行微分纠正生成水平影像,分析投影轨迹法得出的核线在水平影像上的几何关系并确定近似核线方向,再沿核线方向进行核线重排生成近似核线影像实验结果表明,本文算法生成的近似核线影像同名点上下视差优于1个像素,且在水平影像上进行近似核线重采样减少了由外方位元素变化引起的几何畸变,更有利于影像匹配。     

L0级机载三线阵影像连接点自动提取

针对L0级机载三线阵影像数据量大以及变形大的问题,提出一种基于SIFT和相关系数法匹配相结合的连接点提取方法。首先,建立金字塔影像后,在影像金字塔顶层采用SIFT算法匹配同名点;然后,基于金字塔匹配传播以及相关系数法实现连接点的传递;最后,通过POS数据几何约束剔除可能的误差,并进行分布优化。3个条带ADS40影像的试验结果表明:与常规连接点提取方法相比,该文方法匹配正确率提高6%以上,且连接点分布更均匀,可以满足自动空三的需求。     

线阵CCD卫星影像DSM自动生成技术

线阵CCD传感器成为了对地观测最有效的方式之一,本文研究了线阵CCD影像构成的立体像对密集匹配自动生成DSM的方法与关键技术,提出了基于核线影像的金字塔逐层匹配方法及基于相关系数的动态窗口变换的双向匹配方法来实现格网点的匹配。通过资源三号卫星影像等数据试验验证了上述理论与方法的适用性和正确性。     

基于最佳扫描行快速搜索策略的线阵推扫式影像微分纠正算法

线阵推扫式影像的几何纠正是当前海量遥感影像数据处理的难点与性能瓶颈。基于严密几何模型对线阵影像进行微分纠正是生成各级影像产品的基础,其核心是地面点的反投影,即确定地面点对应的最佳扫描行。传统的最佳扫描行搜索算法基于像方的共线方程迭代计算,效率低,实用化程度不高。本文基于严密几何模型提出一种适用于大数据量线阵影像微分纠正的最佳扫描行快速搜索策略,利用扫描行投影面进行物方几何约束,通过判断物方点到扫描行投影面的距离定位最佳扫描行。由于线阵列CCD像元并非严格按照一条直线排列,笔者讨论了CCD线阵的分段处理以及分段投影面的确定方法。利用机载ADS40、火星快车HRSC线阵影像进行试验。结果表明,本文方法仅需少量几次物方空间解析几何迭代计算即可精确定位最佳扫描行,计算效率相比基于像方的搜索方法提高了8倍以上,线阵影像微分纠正速度提升了6倍以上。     

基于物方几何约束的多视匹配算法研究

影像匹配是航空影像数据自动空三处理的关键技术之一。为充分利用三线阵影像信息及纹理信息,文中针对ADS40影像采用一种利用像方和物方信息进行约束的多视匹配方法,此算法能同时处理3张及3张以上的影像,大大加快匹配效率,为自动空三提供有效的连接点及为提取DSM提供高精度密集匹配点。     

多源光学卫星影像匹配及精准几何信息提取

针对国产光学卫星影像的特点,该文介绍一种适用于超大规模立体/单景覆盖的多源高分辨率卫星影像的全自动连接点、参考控制点匹配及精准几何信息(DSM/DEM)提取方法。该方法引入精度已知/精度可验证的参考地理数据作为几何约束,采用由粗到精的多层金字塔逐级影像匹配策略进行影像连接点和参考控制点的自动提取,并实现超大规模影像整体联合区域网平差处理,精化定向参数;结合半全局匹配算法(SGM)与基于物方几何约束的多影像相关匹配算法(GC3)完成多角度多视影像匹配及密集点云的自动提取,并利用已有DEM对密集匹配的DSM中的云遮挡区域和大面积水域进行修补,完成精准几何信息提取并自动生成高精度DSM/DEM/DOM影像产品。最后,利用多组典型实验区的国产高分辨率光学卫星影像数据验证了本文方法的适用性、可靠性和精度,结果满足卫星影像几何定位精度及DSM/DEM/DOM生产要求。     

空中三角测量中像片连接点拓扑关系的矩阵表示算法及应用研究

主要研究了空中三角测量中像片及像片连接点拓扑关系的矩阵表示算法及其应用。像片连接点自动匹配和区域网平差是空中三角测量的主要内容,像片及像片连接点的拓扑关系是自动匹配和区域网平差高效处理的关键。据此,从导航GPS数据生成的航线图出发,提出并研究了基于8邻域算法的像片连接点矩阵生成方法,完成了用二维矩阵表示像片连接点点号和点名,并通过该矩阵完成了像片连接点自动匹配中同名像点自动查找和区域网平差中地面加密点自动查找的方法。研究成果对于提高自动空中三角测量存储效率和区域网平差速度有积极意义。     

基于多视角倾斜影像的DSM自动提取技术

基于多视倾斜影像的建模技术定位精度高,节省人力和物力,适用于大规模的城市三维建模。针对倾斜影像存在严重的几何畸变和辐射畸变,遮挡比较严重,自动提取DSM(数字表面模型)难度较大的问题,本文对影像连接点提取、光束法平差、影像密集匹配等技术进行研究,在分析倾斜影像特点的基础上提出了自动匹配生成DSM(数字表面模型)的新思路。     

基于SURF特征匹配算法的直接定位技术研究

为保证结合机载Li DAR数据与同机影像数据的直接定位模型的计算精度与生产效率,本文提出了一种结合SURF匹配算法自动选取影像连接点的直接定位技术。首先对直接定位过程中控制点选取和IMU与相机旋转角误差进行探讨,然后对SURF、NCC、SIFT影像连接点选取方法进行对比,最终选取SURF匹配算法获取影像连接点。以Li DAR点云差值来修正地面点坐标高程值,结合SURF匹配算法进行直接定位实验,实验结果表明:与其他几种算法相比,SURF可自动获取精确的影像连接点,且计算速度快,便于直接计算定位模型,达到快速获取像点地理坐标的目的。     

勇气号火星车六年探测征程及科学发现简述

勇气号火星车2004年1月4日成功着陆古谢夫撞击坑。2009年5月1日,勇气号陷入一个命名为“特洛伊”的松软的沙坑。由于多次尝试从深陷的沙坑中解救勇气号失败,2010年1月26日NASA宣布勇气号不再行使而变成静止科学观测站。.在6年的探测征程中,勇气号行驶了7.73.km并且取得了诸多科学发现,例如发现了只有在水环境才能生成的盐类沉积物以及含有硫和蛋白石的矿物质沉积。本文简要综述勇气号6年漫游火星表面的征程以及重大的科学发现,特别展示了行星制图与遥感技术在实现火星车探测的科学和工程任务中发挥的重要作用。     

基于成像几何模型的火星探测器定位研究

对数亿千米之外的火星探测器进行跟踪导航定位,是火星探测的关键技术之一.目前,我国深空网尚未建成,利用中国VLBI网对火星探测器“火星快车”的定位精度仅约0.1as,难以为火星探测器的精密定轨提供数据保障.提出以遥感影像进行火星探测器几何定位的全新技术方法,利用严密传感器成像几何模型,通过地面控制点在物方空间坐标系中的坐...     

我国火星探测器遥控跟踪网的改造设计

我国计划于2009年发射火星探测器,为此我国初步拟定了探测器的遥控跟踪网络。研究了该网络对火星探测器的覆盖区域,并采用一组具体的火星探测器的轨道参数,估计了该网络对探测器的遥控跟踪效率,改造设计了该遥控跟踪网络,并进行了实验论证,给出了结果。     

火星Eberswalde撞击坑三角洲矿物丰度反演

矿物的种类与含量可限定其形成时特定的地质环境,因此火星表面矿物识别和丰度反演研究对了解火星的地质构造及历史演变过程具有重要意义。Eberswalde撞击坑具有复杂的水文系统,是火星探测的热点地区,而对该地区大范围矿物反演则鲜有研究。基于紧凑型侦查成像光谱仪(CRISM)目标探测模式数据和CRISM光谱库,首先,通过高光谱数据子空间识别算法(Hysime)分析CRISM数据信号子空间,并将光谱库所有矿物光谱投影到子空间上,保留投影误差较小的光谱作为约简后的端元光谱库;然后,使用协同稀疏解混对Eberswalde撞击坑西北部三角洲地区的矿物丰度进行定量反演,得到5种原生矿物:辉石、橄榄石、斜长石、菱铁矿、硬水铝石和1种蚀变矿物透闪石,并从矿物光谱、分布分别对反演结果进行验证;最后,从矿物学的角度对可能成因做出解释,推测该区域存在接触变质作用。     

火星表面亮温的时空变化特征分析

利用3个火星轨道器获取的热红外波段探测数据,分析了火星表面亮温在时间维上的年际和季节性变化规律,以及空间维上随地形和纬度的变化特征。研究结果表明:(1)5个火星年的表面亮温年际变化幅度均未超出轨道器热红外波段探测数据的精度范围。(2)火星南半球表面亮温的季节性变化幅度大,远日点时期表面亮温随季节的变化基本符合正弦规律且年际差异小,而近日点则有多处明显偏离正弦规律且年际差异较大;北半球表面亮温的季节性变化幅度远小于南半球,且季节特征不明显,受全球性尘暴影响而引起的夜间升温要大于夏季太阳辐射能增加引起的升温。(3)在同一时段,盆地、峡谷等低海拔地形的表面亮温较高,而山峰、高原、台地等高海拔地形的表面亮温一般较低;Olympus Mons地区的表面亮温与高程之间存在相关系数为–0.9072的负相关关系,线性拟合的结果表明该区域海拔每上升1 km,表面亮温下降约1.4 K。(4)表面亮温随纬度的变化总体上满足低纬度高于高纬度的规律,但受到地形等因素的影响,表面亮温最大值出现在偏离赤道的35°S位置,而赤道附近纬度的表面亮温最小值要小于临近稍高纬度位置的最小值;从赤道到两极同纬度表面亮温的差异逐渐减小。     

火星探测器行星际定轨两种数据处理方案比较

计算了由于形状、姿态和表面性质不准确导致火星探测器行星际定轨存在较大光压模型误差时,两种不同定轨方案(方案1只估计光压系数,方案2同时估计光压系数和随机加速度)对光压模型误差的补偿效果。在方案2中建立了高斯马尔科夫模型表征光压模型导致的加速度误差,并选取了合适的随机模型参数。仿真分析表明方案2可以有效补偿光压模型误差,避免滤波发散,提高定轨精度。     

热红外遥感火星矿物填图方法初步研究及应用

利用热辐射光谱仪（TES）数据,对火星进行热红外遥感矿物填图。通过对几种典型填图方法的简要介绍,结合火星环境及方法的使用条件,对填图结果进行简单比较,初步分析了填图方法的差异性,为火星矿物填图的进一步研究提供了基础,并为方法和模型的进一步改进提供了依据。     

火星伊西底斯平原的壁垒撞击坑：遥感分析及环境启示意义

伊西底斯平原是中国首次火星探测任务“天问一号”的预选着陆区之一,地表广泛发育指纹地形和壁垒撞击坑。壁垒撞击坑具有一层或多层流态化的连续溅射物,一般被认为是地下富含水/冰的地层（以下简称“地下水冰层”）与超高速撞击体作用的产物,是分析火星当前和过去地下水冰层的关键研究对象。基于高分辨率影像,本文采用影像解译、形貌分析、撞击坑统计定年等方法,开展了伊西底斯平原壁垒撞击坑的遥感综合分析。解译发现该平原目前共存在120个壁垒撞击坑,它们的最小直径为1.5 km,连续溅射物平均分布在撞击坑周围约1.3个半径范围之内,且外观不规则程度（弯曲度）高。采用撞击坑直径—频率分布定年方法确定了15个连续溅射物保存完整的壁垒撞击坑的绝对模式年龄（地质年龄）,发现它们全部形成于亚马逊纪。根据连续溅射物与指纹地形的空间叠加关系,本文推断构成指纹地形的锥状物形成于2.38—3.24 Ga（早亚马逊纪）。它们更可能是大量岩浆流过湿润或冰冻地面时下覆（融化）水分迅速气化而发生爆裂并冲破岩浆形成的无根锥/伪火山口。根据撞击坑直径和挖掘深度之间的经验关系,本文揭示伊西底斯平原有利于形成壁垒撞击坑的地下水冰层的平均埋藏深度至少稳定保持在1 km,并可能因火星自转倾角周期性变化对气候的影响而发生0.1 km的小幅上升或下降。本文研究成果对于重建伊西底斯平原地下水冰环境演变历史具有重要科学意义,并有望得到中国“天问一号”巡视器和轨道器次表层探测雷达探测结果的验证。     

阿克苏河-塔里木河水系水质污染遥感监测与评价

 采用Landsat TM数据分析了阿克苏河—塔里木河断面水质污染状况,通过波段的DN值和常规监测数据建立能反映水质状况的 污染物监测模型。结果发现,将2000年常规监测数据代入模型后,与遥感数据的结果基本吻合| 重建阿克苏河—塔里木河的连续水体 污染变化曲线,得出污染物浓度随着远离上游而增加。