基于室内高光谱激光雷达的典型树种叶片光谱观测和分类

高光谱激光雷达综合了高光谱和激光雷达特征,可为植被生理生化参数提取提供更加精确的遥感探测,但其应用潜力尚未得到充分挖掘。以北京10个典型树种的单叶为样本,开展室内高光谱激光雷达的叶片观测试验,并进行树种分类研究,为未来高光谱激光雷达的林业应用提供基础。首先进行可调谐高光谱激光雷达(Hyperspectral LiDAR,HSL)叶片高光谱测量,并完成与ASD地物光谱仪所测数据对比实验;其次,应用随机森林方法实现10种叶片的分类研究,其输入的特征指数为融合全部波段、部分敏感波段的光谱指数。结果表明:(a)HSL在波段650～1000 nm (71个通道)内观测的叶片高光谱和ASD光谱一致(R~2=0.9525～0.9932,RMSE=0.0587);(b)只用原始波段反射率分类精度为78.31%,其中分类贡献率最大波段的是650～750 nm,使用此波段进行分类精度为94.18%,表明利用红边波段(650～750nm)进行树种分类是十分有效的;(c)对树种敏感的波段为680 nm、685 nm、690 nm、715 nm、720 nm、725 nm、730 nm;(d)结合敏感波段光谱指数与植被指数分类精度82.65%。该研究结果表明在单叶级别,利用高光谱激光雷达能够准确地反映目标叶片的光谱特征并且能有效进行树种分类;未来将可能在野外应用中精确提取目标的生理生化参数。     

利用成像高光谱区分冬小麦白粉病与条锈病

病害胁迫是造成小麦减产及危及世界粮食安全的主要因素之一。如何准确区分相似病害并科学诊断病害严重度,成为国内外研究热点。文中针对中国冬小麦种植区常见的两种真菌疾病白粉病和条锈病,采用高光谱成像系统获取两种病害侵染的小麦叶片图谱合一数据,通过主成分分析法对影像数据进行降维、密度分割法对病害面积进行分割后,得到识别病斑准确率达到97%;进一步分析侵染白粉病和条锈病的叶片病斑区域的光谱特征差异,选择第二主成分图像筛选两种病害的敏感波段,得到识别白粉病的敏感波段为519、643、696、764、795、813 nm,条锈病的敏感波段为494、630、637、698、755、805 nm。最后对筛选出的敏感波段建立白粉病和条锈病支持向量机（SVM）判别模型并验证,得到两种病害的区分精度为92%。综上,利用高光谱图像协同解析可在叶片尺度实现小麦白粉病和条锈病的有效判别,这为开发病害区分仪器提供了重要的理论基础。     

采用可见/近红外成像光谱技术的玉米籽粒品种识别

利用地面成像光谱辐射测量系统（Field Imaging Spectrometer System,FISS）获取了5种玉米籽粒的成像光谱数据,经反射率反演、噪声去除和一阶微分处理后,运用Wilk-lambda逐步判别法进行波段选择并建立判别模型。交叉验证结果表明:（1） 平均识别精度为91.6%,除了高油115的识别精度仅有87%外,其他品种的识别精度均在90%以上;（2） 在分类方案、光谱波段数、每类样本数量不变的情况下,分类精度受类别数和类别间可分性的影响;（3） 随着入选波段数的增加模型识别精度逐步提高。因此成像光谱技术在玉米品种的识别以及质量检测方面具有重要的应用前景。     

基于LCTF的大幅面高分辨率多光谱仪光学系统设计

将液晶可调滤光片（LCTF）应用到真彩色多光谱图像采集中,设计了一款大面阵、高分辨率、轻小型的多光谱成像系统。系统利用LCTF 空间分辨率和光谱分辨率高、波长选择灵活、调谐时间短等特点,可实现幅面大小约210 mm148 mm,分辨率达到350 ppi 的多光谱图像采集,工作谱段为420~720 nm,光谱分辨率为10 nm。结果表明,该成像系统在空间频率为91 lp/mm 时,31 个波段处轴上0 视场和轴外1.0 视场的传递函数均0.30,全视场畸变0.1%,成像质量良好,可用于大面阵、高分辨率多光谱图像的采集与分析。     

用于高光谱图像分类的归一化光谱指数的构建与应用

成像高光谱的近地田间应用为农业定量遥感的发展提供了新的契机。如何发挥其图谱合一的数据优势,尤其在解析土壤、阴影等背景地物对作物养分反演模型的影响需要关注。该研究借助可见/近红外成像高光仪,在近地田间采集小麦群体的成像立方体,根据影像中光照裸土、阴影裸土、光照叶片和阴影叶片的反射光谱特征建立了归一化光谱分类指数,并应用该指数提取大豆影像中不同类型地物的光谱,分析了背景土壤剔除前后的大豆植被归一化光谱与叶绿素密度的决定系数变化情况。结果表明:土壤和阴影叶片光谱去除后,反演叶绿素密度的敏感波段由红-近红外区间（727 nm,922 nm）向蓝、绿,尤其是红波段（710 nm,711 nm）移动。对叶绿素密度敏感的波段区间表现为可见光增加,近红外减少,且红边波段决定系数最高。由此说明,基于归一化光谱指数的植被光谱提纯对定量遥感反演研究具有重要意义。     

基于近红外高光谱成像技术的塑料分类（特邀）

塑料因其可塑性与低成本在日常生活与工业中被广泛使用,然而这也带来环境污染与资源浪费等问题,因此塑料分类成为重要研究课题。为验证高光谱成像技术在塑料分类中的可行性,采用近红外高光谱成像技术（NIR-HSI）,比较了1100～1650 nm波段数据在9种常见塑料分类中的效果。涵盖K邻近法（K-NN）、支持向量机（SVM）、粒子群算法训练的SVM(PSO-SVM)、遗传算法优化的SVM(GA-SVM)等机器学习方法。通过验证数据筛选模型准确率后,将其应用于高光谱图像,通过可视化分类对比原始图像评估模型效果。结果显示,基于欧氏距离、余弦相似度的K-NN和GASVM分类效果最佳,验证数据的精度分别达到96.14%、96.21%和98.67%,在可视化分类上也呈现出良好效果。高光谱成像技术在塑料分选中具有很高的应用价值,只需获取特定塑料的光谱数据并进行适当处理,即可对不同颜色、形状、工艺的同类塑料制品进行有效区分。     

基于辐亮度匹配的无人机载成像光谱仪外场光谱定标研究

针对可见光与近红外波段无人机载成像光谱仪,在保证精度的前提下,提出了一种快速优化二维反演算法,利用大气吸收特征作为参照,采用辐亮度匹配的方法,在不需要测量地面反射率数据的情况下,反演了成像光谱仪的重要光谱参数中心波长的偏移量和带宽变化量。利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据,在实验室光谱定标基础上进行了外场光谱定标。算法时间、成本大大减少,反演效率比常规二维反演算法提高了近100倍。通过地面光谱靶标对定标结果进行验证,对带宽为7 nm左右的成像光谱仪外场定标精度可达到0.1nm,一般优于0.5 nm。     

基于机器学习的深圳市坝光湿地园树种高光谱分类

高光谱遥感数据为树种的精细识别提供了可能。为探索高光谱数据在树种识别中的能力,本研究基于深圳市坝光古银叶树群落的8种主要树种叶片高光谱数据,比较了6种光谱预处理方式和2种分类方法对树种分类识别精度的影响,并基于随机森林算法对不同树种识别的特征波段进行了识别。研究结果表明,一阶导数预处理方法在分类识别中性能最好,平均分类精度为76.65%;随机森林回归方法较支持向量回归算法的性能好,模型平均分类识别精度为73.07%。从混淆矩阵可以看出,多毛茜草、银柴、阴香易错分为假萍婆,鸭脚木与银柴易错分,银叶树和细叶榕易错分。400 nm、495 nm、615～675 nm、835 nm、915～975 nm、1035～1065 nm、1085～1135 nm、1265～1275 nm、1425～1535 nm、2040 nm、2100～2270 nm、2430 nm附近的光谱数据与8个树种分类识别有密切关系。     

基于低空遥感系统的星载光学遥感器成像仿真

在星载光学遥感器设计过程中,利用计算机仿真技术模拟遥感器成像过程能够评估遥感系统设计可行性,并预测遥感器成像能力。针对高分辨率星载光学遥感器成像特点,提出一种基于低空遥感系统的成像仿真方法。以低空宽视场和多光谱图像数据为基础,利用图像分类、分类拟合等方法生成低空多光谱宽视场仿真图像,采用经验线性法进行反射率反演,结合星载光学遥感器空间分辨率、MTF、光谱响应等特性以及大气辐射传输理论得到遥感器入瞳处辐亮度仿真图像。将QuickBird卫星作为仿真对象,开展成像仿真实验,并评价仿真精度。实验结果表明仿真图像与卫星图像保持较高相似程度。     

基于小型化便携式光谱成像技术的分类识别系统研究

小型化便携式光谱成像越来越多应用于日常生活中，给人们的生活提供了更多的便利。柑橘属水果是人们日常生活中经常食用和储存的水果之一，在智能冰箱中，柑橘由于品种相似等原因不利于识别和分类，光谱成像技术利用其物质不同的特征波长实现其识别。采用新型的单芯片式光谱成像芯片搭建小型化便携式的光谱成像系统，利用光谱成像技术实现对柑橘属水果的分类识别，并通过分批次样本进行交叉验证，同时建立光谱分辨率与准确度关系，通过约束光谱分辨率，有效提高了柑橘属水果分类识别的准确度，光谱分辨率小于20 nm，识别准确度可达到95%以上。     

新型红外成像技术

介绍了太赫兹成像、红外偏振成像和红外相位热成像等几种新型红外成像技术的机理与成像特点,综述了这些新型红外成像技术国内外研究状况及其优势与不足,展望了各种新型成像技术的发展前景及其可能应用领域.     

基于激光距离选通成像的非视域成像应用

非视域成像是国外近几年出现的一种新的成像模式,能够绕过拐角对难以直接观察的场景进行成像。介绍了基于激光距离选通成像技术的非视域成像模式,给出了国外的几个典型非视域成像实验及其结果。搭建了基于532 nm激光器和ICCD探测器的距离选通成像系统,以窗户玻璃和墙面瓷砖作为中介反射面,分别获得了50 m和20 m处目标的非视域图像。实验结果表明,非视域成像的效果与中介反射面的反射特性有关,许多具有一定镜面反射特性的建筑材料均可作为中介反射面,用于非视域成像;非视域成像模式在城市巷战、公安侦察以及抗灾救援等领域展现出潜在的应用前景,是一种具有发展前景的新型光电成像模式。     

单像素成像在特殊波段及三维成像的应用发展

与传统的面阵成像技术不同,单像素成像技术作为一种新型的计算成像技术,使用不具备空间分辨能力的桶探测器,结合空间光场调制技术,通过关联算法重构待成像物体的空间强度信息,在研究界得到了广泛的关注。近年来,单像素成像技术被广泛应用于各种波段的成像领域,尤其是在某些面阵探测器价格昂贵甚至无法制备的特殊波段,单像素成像技术逐步发展为一项低成本高成像质量的替代技术。并且,在三维成像技术中,大量基于单像素成像的相关研究工作也被相继提出。文中主要介绍了单像素成像技术的基本原理及应用发展历程,并着重介绍了其在条纹结构投影三维成像技术中的应用工作。     

光机扫描红外成像系统的串扫、并扫体制比较

扫描体制对光机扫描型红外成像系统的性能和品质起着重要的作用。本文从ｌ／ｆ噪声、冷屏效果。多元探测器非均匀性对串扫、并扫两种体制的系统灵敏度影响作了分析、计算；从系统通带和探测器的缺陷对两种体制系统的成像质量的影响作了定性的分析；还对两种体制的相关技术、成本和可生产性等方面作了扼要的比较。从两种体制的分析、计算、比较中可以看出：串扫体制在系统灵敏度、成像质量以及相关技术、成本和可生产性等方面优于并扫系统。因此在设计光机扫描型红外成像系统时，应把扫描体制作为重要的因素加以考虑。作为产品的规划则更应重视扫描体制的选择。     

一种半全息圆柱扫描成像新方法

在采用一维线阵进行圆柱扫描成像时,若一维线阵为一发多收或多发多收,并且所有线阵单元同时接收信号,则此时合成的二维柱面阵列为半全息阵列,即沿一维线阵方向为常规阵列或半主动阵列,沿柱面扫描方向为全息阵列,对于这种半全息阵列,现有的常规计算成像方法失效。虚拟透镜成像技术是一种全新的成像技术,可兼容不同的技术体制,并且适用于远、中、近以及超近距离目标的成像。为了解决上述半全息圆柱扫描成像难题,针对半全息阵列的特点,深入研究了虚拟透镜成像技术,提出了一种半全息圆柱扫描快速成像算法,最后进行了成像仿真,仿真结果验证了新算法的有效性。     

成像光谱技术发展及其应用

本文评述了成像光谱技术十年来的各种研究计划与发展应用现状。     

太赫兹(THz)成像的进展概况

评述了太赫兹射线成像的进展情况.太赫兹(THz)辐射介于微波和红外之间.与微波、X射线、核磁共振(NMR)成像相比,太赫兹成像不仅能给出物体的密度信息,而且能给出频率域的信息,以及在光频、微波和X射线范围内所不能给出的材料的转动、振动信息.太赫兹射线与其他频段的电磁波相比,它能量低,不会造成对生物样品的电离损伤,而且太赫兹射线很容易穿过介电材料,因而可以用于产品的安全监测.因此太赫兹成像技术在生物学、工业安全监测等方面有可能带来新的关键性的突破.     

2.52THz面阵透射成像系统改进及分辨率分析

太赫兹(THz)面阵成像具有成像速度快和像素多等特点,因此具有广阔的应用前景。成像系统的光路设计对成像质量具有很大影响。利用PyrocamⅢ热像仪作为面阵探测器,利用相干公司SIFIR-50连续太赫兹激光器作为成像光源,搭建太赫兹面阵实时成像系统,并通过多个离轴抛面镜和聚乙烯透镜对原有成像系统进行改进,以人民币水印、镂空金属板和分辨率板为目标进行实时面阵成像,获得了较为清晰的图像,通过与原有成像结果对比,验证了成像质量的提高,并通过分析成像结果对该成像系统的分辨率进行估计,该成像系统分辨率可以达到0.6 mm。     

一种用于单脉冲成像的自聚焦算法

本文针对单脉冲成像技术在实际处理中,鉴角曲线误差引起的方位分辨率下降问题,提出了一种用于单脉冲成像的自聚焦算法。算法通过迭代,自动从雷达接收数据中挑选孤立强散射点回波信号精确估计实际鉴角曲线,将其用于单脉冲成像处理中,实现图像方位自聚焦。仿真及实测数据处理结果表明,该方法能够有效降低测角误差对成像效果的影响,且对多数地貌场景数据具备鲁棒性,是一种实际可行的单脉冲成像自聚焦算法。     

精确制导红外成像导引头技术

本文着重对光机扫描红外成像导引头的性能、设计和关键技术进行了分析研究，展望了红外成像导引头技术的趋势，对红外成像导引技术的发展提出了建议。