视频卫星在轨相对辐射定标方法

视频卫星利用敏捷姿态性能对地凝视成像,实现对目标的动态监测。为了消除视频卫星获取时序图像中由探测元件响应差异引起的非均匀性,获得清晰的图像和准确的辐射信息,需要针对视频卫星传感器进行相对辐射定标。由于成像机理不同,基于统计的在轨辐射定标方法并不适用于视频卫星,提出采用均匀场景的视频卫星在轨相对辐射定标方法,分别对云层、海洋和沙漠三种典型的均匀场景进行凝视视频成像,解算相对辐射定标系,其中,沙漠场景的处理取得了较好的相对辐射定标系数,校正吉林一号视频单帧影像。该方法能够有效修复图像缺陷,图像的非均匀性由3.7%降低至1.2%。     

基于面阵分时分视场成像的在轨相对辐射定标方法

光学遥感卫星的辐射定标是卫星数据定量化应用的前提条件,针对静止轨道大面阵光学载荷成像特点,提出一种基于分时-分视场成像的在轨相对辐射定标方法。选取合适的亮、暗均匀场地,通过卫星姿态机动完成整个视场的定标,得到所有探元在轨相对辐射定标系数,可有效解决现有场地难以覆盖卫星视场而带来的在轨相对辐射定标难题。     

基于列相关的热红外高光谱遥感图像非均匀性校正

由于探测单元之间响应不一致、电子增益和偏置发生变化、焦平面污染和损伤等因素,推扫式热红外成像光谱仪获取的图像常常表现为图像列之间不均匀,条带噪声严重,影响了热红外高光谱遥感图像的后续处理和应用。结合推扫式成像光谱仪非均匀性的来源和成因,以相邻地物的相关性为理论基础,提出了适用于热红外高光谱遥感图像的非均匀性校正方法。该方法的步骤是,首先逐波段对原始热红外高光谱遥感图像进行标准矩匹配校正,得到标准矩匹配校正图像;然后,以标准矩匹配校正图像为基础,选择相邻两列像元中相同的地物像元;最后,用两列中相同的地物像元,通过线性回归得到后一列的校正系数,并对其进行校正,顺次遍历一个波段的所有列,完成一个波段图像的非均匀性校正。按照此过程,遍历一幅热红外高光谱遥感图像的所有波段,完成一幅热红外高光谱遥感图像的非均匀性校正。将该方法应用于推扫式热红外光谱成像仪实际获取图像的非均匀性校正中。结果表明,相比矩匹配方法,在保证非均匀性校正效果的情况下,本文方法的各列均值和标准差更符合实际情况。     

反射式拼接CCD相机非均匀性定标与校正

依据实验室辐射定标实验,校正反射式拼接CCD相机由渐晕现象引起的图像非均匀性。通过分析反射式拼接CCD相机成像非均匀性产生机理,明确焦平面辐照度非均匀性是造成相机图像非均匀性的主要原因;分别进行"单片CCD辐照度响应度定标"和"整机均匀性定标"实验;依据定标结果所得出的入射辐射亮度和在该亮度下每个像元实际接收到的辐射照度之间的关系,设计校正算法,得出每个像元的渐晕校正因子,实现渐晕图像非均匀性校正。校正结果显示:在一定入射辐射亮度范围内,原始积分球定标渐晕图像的非均匀性大于16%,用校正因子校正后,输出图像非均匀性下降到1%以内。经过非均匀性定标和校正的相机用于外场成像也取得了符合工程需要的满意效果。     

基于非均匀同区域线性CCD成像的卫星姿态调整与非线性定标方法

提出了对非均匀场景同一区域成像的卫星姿态调整及基于直方图匹配的线阵CCD非线性相对辐射定标方法.当在轨卫星需要执行相对辐射定标任务时,首先计算初始偏流角并调整卫星偏航角进入在轨定标成像模式;然后在定标成像过程中控制卫星偏航角,使得线阵CCD阵列的所有像元能够依次对同一区域成像;最后基于直方图匹配方法建立高精度非线性相对辐射定标模型.仿真实验给出了不同姿态对应的定标成像情况下的偏航角调整大小与调整周期,并分析了引起偏流角误差的因素及其对偏流角的不确定性.该方法既不需要地面均匀定标场等,也不需要统计分析大量在轨图像数据;且每一轨都可以执行定标任务,避免了卫星不同轨数据之间的不稳定性所带来的定标源自身不可靠问题.     

采用帧转移CCD的Smear校正通道恢复饱和图像通道的方法研究

海洋水色遥感应用对光学遥感仪器提出了高灵敏度与高精度的要求。本文研究的可见近红外成像光谱仪采用推扫扫描的方式,从而获得了较高的灵敏度;通过对系统进行杂散光定标和校正实现高精度测量。杂散光校正算法要求图像中所有目标信号不能饱和。由于仪器的动态范围针对水色目标设置,因而大部分图像通道高亮度的云目标信号会饱和,导致杂散光校正算法无法获得较好效果。以一台基于帧转移面阵CCD的推扫式可见近红外成像光谱仪为研究对象,通过分析系统设置的CCD Smear校正通道的成像机理,论证了在不同光源下Smear通道和各图像通道间均存在线性相关性,进而提出了一种利用Smear校正通道来恢复各图像通道饱和信号的方法,为星上高光谱图像的杂散光校正提供有效的数据源,也为饱和图像恢复提供了一种较为可行的方法。     

基于FPGA的科学级CMOS图像传感器非均匀性校正

根据科学级CMOS(sCMOS)图像传感器开发的工程实际需求,设计了基于FPGA的二阶多项式拟合的非均匀性校正算法.该非均匀性校正算法首先通过定标得出每个像素的响应曲线,然后采用最小二乘法将sCMOS像素响应曲线参考平均响应曲线进行拟合,得出校正系数并通过FPAG对像素值进行实时校正.通过处理后的图像非均匀性从17.1％降低到7.6％.该算法有效提高了sCMOS器件对高动态、非线性响应特性的适应能力,并具备实时计算校正优点,通过模块化设计可以方便移植和集成.     

基于积分时间调整的红外焦平面阵列非均匀校正算法研究

利用实测的响应数据分析了红外焦平面阵列探测元的响应特性与入射辐射、积分时间的关系,指出了实际工程中常用的两点黑体辐射定标校正算法的本质在于利用高低温时不同的响应数据计算增益系数与偏置系数.与此相类似,通过调整积分时间也能得到不同的响应数据.因此对基于积分时间调整的校正算法展开研究,分别提出一点与两点定标校正算法,并将一点定标与小波多分辨率分解相结合,提出了一种新的自适应非均匀校正算法,实验结果证明了该方法在实际成像系统中的有效性.     

基于场景的国产红外探测器非均匀性校正方法

基于场景的红外探测器非均匀性校正方法可以弥补基于黑体辐射定标的非均匀性校正方法存在的缺陷,目前许多公开发表的场景校正算法比较复杂,难于硬件和工程化实现。探索了一种基于帧间图像配准的场景校正算法,针对国产640×512中波制冷型红外探测器存在的非均匀性应用该算法进行了校正实验。实验结果表明该算法校正效果明显,为基于场景的非均匀性校正算法的工程化应用提供了一种新思路。     

线推扫式高光谱相机侧扫成像几何校正

线阵高光谱相机侧扫成像可以有效解决卫星遥感影像无法获取建筑物立面光谱数据等问题。阐述了课题组集成开发的线推扫式高光谱遥感监测系统组成部分及关键技术指标等;根据地面侧扫成像特点,详细推导了适合于线推扫式相机地面侧扫成像几何校正模型;给出了地理参考影像格网划分和重采样方法,并对数据采集过程可能出现的漏采现象提出解决方案。通过大量地面模拟实验,验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性,为同类产品的地面应用提供参考。     

高分一号卫星相机的辐射交叉定标研究

利用Landsat8-OLI时间序列图像数据对高分一号(GF-1)的16 m宽覆盖多光谱传感器进行交叉定标。试验首先通过安排GF-1夜间深海成像,确定GF-1传感器的定标公式的截距,再选取定标靶标场的双星同步观测数据,利用回归分析得到定标公式的增益。利用交叉定标系数结果计算的GF-1辐亮度值与同步观测的Landsat8的辐亮度值相关性在95%以上,4个波段定标精度相对误差分别是4.25%、6.21%、5.83%和5.66%。结果表明该方法获得的定标系数精度与Landsat8定标数据辐射定标精度相当,GF-1卫星可以满足定量化应用的要求。     

GF5B热红外通道星上定标与验证

以GF5B卫星发射前实验室定标为基础,采用星上0级黑体定标数据,建立了适用于GF5B热红外通道的星上绝对辐射定标模型。通过对2022年01月12日星上黑体定标数据进行处理,获得成像仪热红外通道的绝对辐射定标系数。对星上定标系统精度进行分析,并采用地面同步烟台浮标数据对定标结果进行精度验证,结果表明,在轨后星上定标系统的绝对定标精度为0.9 K;星地验证结果显示B11和B12通道亮温的偏差分别为0.33、0.77 K。说明基于星上黑体的定标方法具有较好的精度,定标结果可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要,为实时准确获取热红外通道定标系数提供了方法借鉴。     

新型智能温度传感器在辐亮度标准探测器温控系统中的应用

高精度辐射定标方法和技术是现代空间遥感的主要支撑技术之一.辐亮度标准探测器是新一代高精度辐射定标方法中的核心部件,在遥感仪器的野外、机载和星上高精度辐射定标中具有广阔的应用前景.但是,温度变化是影响辐亮度标准探测器绝对精度和长期稳定性的一项关键因素,只有加入温控系统,将其控制在恒定的工作温度,才能使它的精度和稳定性得以保证.结合数字温度传感器DS18B20在辐亮度标准探测器精密温控系统中的应用经验,提出了采用DS18B20实现标准探测器温度高精度、高可靠性监测和控制的有效方案.实验结果证明,该方案是可靠和可行的.     

空间相机异常响应图像处理方法

空间相机在轨长时间运行,受空间环境影响,相机性能下降,在轨图像中出现黑色条纹,严重影响了成像质量。局部CCD像元响应下降,高能粒子冲击,宇宙尘埃,空间相机本身的附着物等都能引发图像黑色条纹的现象。文章通过对发射前实验室辐射定标数据研究,提出一种基于最小二乘法和辐射亮度反演的在轨图像的校正方法,可以有效地去除黑色条纹。在不同辐照度下,采集所有像元的灰度值,用最小二乘法估计所有像元灰度平均值与辐照度的对应关系,计算出每个像元的校正系数,并研究实验室辐射定标数据,推算出现黑色条纹像元的校正因子,通过图像黑色条纹校正函数矩阵对每个像元的实际灰度值进行校正。校正前黑色条纹像元灰度的偏差超过10%,校正后偏差小于5%。从图像上观察,经过该方法校正的图像,能够有效去除黑色条纹,得到清晰的图像,结果令人满意。     

Cross calibration of the Landsat-7 ETM+ and EO-1 ALI sensor

As part of the Earth Observer 1 (EO-1) Mission, the Advanced Land Imager (ALI) demonstrates a potential technological direction for Landsat Data Continuity Missions. To evaluate ALI's capabilities in this role, a cross-calibration methodology has been developed using image pairs from the Landsat-7 (L7) Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) and EO-1 (ALI) to verify the radiometric calibration of ALI with respect to the well-calibrated L7 ETM+ sensor. Results have been obtained using two different approaches. The first approach involves calibration of nearly simultaneous surface observations based on image statistics from areas observed simultaneously by the two sensors. The second approach uses vicarious calibration techniques to compare the predicted top-of-atmosphere radiance derived from ground reference data collected during the overpass to the measured radiance obtained from the sensor. The results indicate that the relative sensor chip assemblies gains agree with the ETM+ visible and near-infrared bands to within 2% and the shortwave infrared bands to within 4%.     

高分一号卫星PMS 相机多场地宽动态辐射定标

为克服卫星遥感器常规定标方法不足,实现GF-1 卫星PMS 相机高精度在轨定标,提出了多场地宽动态辐射定标方法,分析了新方法的不确定度。首先,介绍宽动态辐射定标原理和试验场区概况,设计开展了GF-1 卫星多场地同步观测试验;接着,基于试验数据和宽动态定标模型,实现了GF-1 卫星PMS 相机的在轨辐射定标;最后,讨论GF-1 卫星PMS 相机多场地定标的不确定度和模型的稳定性。结果表明:GF-1 卫星PMS 相机自发射以来辐射响应特性与实验室定标结果相比发生了一定变化,最大变化量达到了7.72%;PMS 相机多场地辐射定标的综合不确定度为5.35%。所获取的PMS 相机定标系数满足遥感辐亮度产品生产的精度要求,且多场地定标可作为后续高分卫星的在轨定标的方法参考。     

溯源于低温辐射计的高精度遥感器辐射定标技术

低温辐射计作为拥有10-4不确定度的辐射初级标准已经开始运用于遥感器辐射定标领域。总结了低温辐射计的高精度初级标准传递至星载遥感器的定标过程,详细介绍了标准传递链中各级标准的不确定度。通过VXR、TXR在NASA的EOS计划中的应用及国内辐亮度探测器对FY-2号的实际定标,展现溯源于低温辐射计的定标技术广阔的应用前景。     

In-flight absolute calibration of the Landsat-5 TM on the test site Salar de Uyuni

In Brazil, the increase of the application of quantitative approaches in the natural resources studies using remote sensing technology has required knowledge about the radiometric conditions of remote sensors as the Thematic Mapper (TM) and the Enhanced TM Plus, for instance. The establishment of a correlation between radiometric data and biophysical and geophysical ones has become a frequent need in the Brazilian remote sensing community, and it has increased the demand of calibration coefficients in order to transform digital numbers to physical values like radiance and reflectance. Since the China-Brazil Environmental Remote Sensing Satellite became a reality, the necessity to perform calibration campaigns increased significantly. Following Price and other researcher's suggestions, an in-flight absolute calibration of the Landsat-5 data was carried out in the Salar de Uyuni, Bolivia. It was only possible to determine calibration coefficients for bands TM2, TM3, and TM4 due to the saturation of band TM1 and surface moisture conditions that impacted the TM5 and TM7. The methodology applied here seemed to be sufficient to determine valid calibration coefficients for orbital sensors.