太阳高度角对图像能量的影响及其校正

在研究以太阳光为主的可见光波段的大气辐射传输过程中,成像时遥感器位置的变化导致了太阳高度角有所变化,从而使图像接收的能量有所不同。阐明了太阳高度角的基本概念并利用辐射传输模型Modtran5定量分析了不同太阳高度角对遥感器入瞳处能量的差别,在总结其他学者研究天顶角校正的基础上通过数值模拟的方法建立不同天顶角时刻的辐射能量同0°天顶角的辐射能量的关系模型,从而实现校正。校正后的入瞳处辐亮度同原0°天顶角辐亮度对比,结果相对误差小于1%,校正结果较为理想。     

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。     

基于单站双波段红外图像的面目标被动测距研究

论文将凝视红外成像系统的工作过程划分为与目标距离有关的第一阶段和只与探测器有关的第二阶段;针对第一阶段推导了面目标在凝视红外成像系统入瞳处的辐亮度的表达式,针对第二阶段利用黑体定标实验求解了红外图像灰度与入瞳处目标辐亮度之间的表达式;然后基于单站舣波段红外成像系统所得到的目标红外图像推导了面目标距离表达式.最后论文采用机场等地实测单站双波段红外图像数据对算法进行了验证并对试验结果和误差进行了分析.     

光学遥感对地成像过程中的邻近效应模拟分析

光学遥感的邻近效应可以看作大气点扩散函数(PSF)和地表辐射场的卷积,通过逆向蒙特卡罗法模拟大气PSF,利用辐射传输模型MODTRAN计算地表辐射场,获得遥感器入瞳处的辐亮度值.开展不同对比度目标背景物在典型条件下的邻近效应模拟与分析,结果显示:目标和背景的反射率分布对邻近效应影响很大,背景反射率越大,邻近效应占总辐射的比例越高;暗目标在亮背景下的邻近效应明显大于亮目标在暗背景下的邻近效应;固定成像高度和区域,空间分辨率越高,邻近效应越明显;地面气象视距对邻近效应的影响非常显著,气象视距增大,邻近效应减弱;太阳天顶角增大,邻近效应减弱.模拟结果为高分辨率光学遥感成像系统高精度建模和邻近效应校正算法研究提供了依据.     

基于光场理论的场景仿真

成像系统仿真对光学遥感器的论证、设计和在轨性能预估具有重要意义。场景作为遥感的对象,其特性的表征和模拟对仿真结果有直接影响。场景特性难以全面表征,针对光学遥感及其应用最为关键的几何、光谱和辐射特性,提出一种基于光场理论的数字场景仿真方法。以包含空间坐标、方向、波长、强度的全光函数作为数字场景仿真的表征参数,建立了涵盖太阳直射、天空漫射和背景反射等因素的数字场景入射辐照度场模型,以及考虑方向反射特性的数字场景出射辐亮度场模型,并基于简单场景对模型进行分析和验证。该方法能够为成像系统仿真及新型载荷研制提供包含多种特性的数字场景模型。     

天基光学遥感成像仿真中大气影响分析与模拟

模拟大气对成像的影响是天基光学遥感成像仿真中一项非常重要的工作。首先针对工作于可见光到热红外波段（0.4～14 m）的天基光学遥感成像系统,引入了考虑场景内部目标与背景之间相互影响的遥感器入瞳处的辐射方程,并基于线性模型模拟了邻近效应。设计了计算大气透过率、上涌辐射和下涌辐射的大气查找表,分析了水汽含量、气象视距、目标高度、太阳-遥感器-目标之间的位置关系对大气辐射计算的影响,为查找表输入参数的选择提供依据。最后,通过长曝光和短曝光图像的调制传递函数,分析了光学湍流对天基光学遥感成像的影响。     

成像光谱反射率反演中观测角影响的分析

针对OMIS I机载成像光谱数据,通过6S辐射传输码模拟计算和相应理论分析,讨论了观测角变化对传感器入瞳处辐射亮度的影响和由此引起的反射率反演误差.结果表明:在太阳反射波段,观测角的影响有很强的波段特性,大气散射作用较强的短波长波段与大气气体强吸收波段是这种影响的敏感波段;地面目标亮度不同,这种影响也是不同的,对低反射率目标影响较大,而对高反射率目标影响甚微;另外遥感器飞行高度也是决定这种影响情况的重要因素.     

基于红外辐射特性的单波段红外图像被动测距

以单波段红外图像被动测距为研究背景,首先分析了凝视型红外探测系统的工作原理,将其工作过程分为入瞳前和入瞳后两个不同的阶段,其中第一阶段与目标距离相关,而第二阶段则决定于红外探测系统本身的传递函数,而后对图像像素灰度与入瞳处辐亮度之间的关系进行了表述;然后针对点目标与面目标的成像特点,分别计算了相应的目标与背景的入瞳处幅亮度差,得出:两者的红外辐射特性存在一致性.基于短时间内目标近似匀速运动的假设,推导了单波段红外图像被动测距方法.最后利用外场实测中长波红外图像对该算法进行了验证,并对测距结果和测距误差进行了详细分析.     

红外标准辐亮度计的研制及定标

黑体参考光源辐亮度精度是决定红外遥感器绝对辐射定标精度的关键因素。为了提高黑体辐亮度测量精度,设计了一种直接测量黑体辐亮度的红外标准辐亮度计。描述了整个系统的光机设计方案和工作原理,利用高精度水浴黑体对辐亮度计进行定标。实验结果表明:辐亮度计的1 h非稳定性优于0.03%;测量黑体辐亮度不确定度达0.22%,相当于308 K时辐亮度温度不确定度73 mK。该标准辐亮度计具有系统级测量、高精度溯源等优点,可实现黑体辐亮度与实验室辐射标准之间的溯源。     

基于遥感反演的空间下视系统红外场景仿真

空间红外下视系统的真实感红外场景仿真一直以来都是研究的一个难点。提出了一种基于卫星红外遥感反演数据的空间下视红外场景仿真方法。利用红外遥感反演数据,通过匹配算法获得仿真波段内地表红外纹理,建立了下视红外观测模型,对地表红外纹理图像在传感器焦平面上重采样,最后按照辐射传输理论,计算生成光学入瞳前红外场景。仿真结果表明:该方法可以逼真地模拟地物场景红外纹理特征。将热红外遥感反演技术应用于红外场景仿真,极大简化了大规模地表场景仿真过程,为空间下视系统红外场景仿真提供了一种直观、有效的新方法。     

热红外遥感中大气透过率的研究(二): 大气透过率模式的应用

大气透过率是热红外遥感中的一个重要参数。针对前文构建的大气透过率模式, 以我国环境灾害卫星HJ-1B红外相机IRS第4通道的大气透过率模式为例, 利用辐射传输模型MODTRAN模拟水体辐亮度, 对模式中的变量引入不同的误差, 将模拟的辐亮度反演水温, 分析不同气溶胶模型、水汽量、能见度和观测天顶角对反演水温的敏感性。并将该大气透过率模式用于HJ-1B/IRS热红外图像中, 反演了2009年4月17日、21日、22日和25日太湖水温。研究结果表明: 同一波段、不同气溶胶模型的大气透过率模式在反演温度时会产生不同的误差, 以气溶胶模型为平流雾的最大、对流型的最小;大气透过率模式中3个变量的误差与温度反演的误差呈线性关系, 即变量的误差越大, 温度反演的误差也越大;以水汽量对温度反演最敏感, 观测天顶角其次, 能见度最弱。该大气透过率模式用于4天遥感图像反演中, 除4月17日反演的误差稍高, 均方根误差和平均相对误差分别为1.127 ℃和5.75%, 其他3天的均方根误差都小于1 ℃、平均相对误差在5%以下, 说明所建的大气透过率模式在热红外遥感中具有较高的应用精度。     

海面目标高分辨率卫星成像仿真方法

海洋目标高空间分辨率遥感成像仿真技术在海面目标探测识别等方面得到了广泛应用。舰船与海水流体交互作用在高分辨率下得以显现,对其产生的复杂流场辐射模拟是成像仿真的主要难点。重点研究了舰船航行过程中与海水交互产生的流场几何形态和物性变化,提出了与海面方向辐射特性的耦合作用模型及海洋目标高分辨率遥感成像仿真方法。通过频谱分析的方法构建海面三维模型,使用计算流体力学的方法构造了船只航行流场的三维几何模型。根据海面组分分布的不同将其辐射特性与三维结构关联,构建了亚米级海洋场景三维辐射模型。通过辐射传输计算、场景内部多次反射模拟及大气影响和传感器效应仿真,最终得到观测条件下的卫星遥感图像。结果表明,将GF-6卫星全色波段实测图像与相同成像条件下的仿真图像对比,图像均值的误差为9.17%,标准差误差为9.21%,在平均灰度值、灰度分布、纹理细节等方面都具有较好的一致性,可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋目标场景。     

基于场景模型的热红外遥感成像模拟方法

为实现升空后运行的卫星的整体性能处于最佳状态,通常在卫星发射前,采用计算机仿真的方法对从地表到影像获取的整个遥感物理过程进行模拟.针对现有模拟方法不能全部采用辐射传输、成像等物理模型,实现大场景、复杂地表覆盖情况下的热红外遥感成像模拟,在基于场景模型的热红外遥感成像模拟基础上,将模拟系统分为地表场景模拟、大气作用模拟及传感器成像场景,重点对模拟各场景所涉及的物理模型和算法进行了综述和分析,并初步构建了大场景、复杂地表覆盖下模拟的技术框架,是对热红外遥感成像模拟的一种全新而有益的尝试,对相关研究工作也有一定参考价值.     

不同大气条件下红外成像效果模拟

红外成像仿真技术是解决实际应用中对红外图像数据源需求的重要途径。大气传输是红外成像的必经环节,对红外图像质量有着重要影响,大气传输效应模拟能提高成像的真实感。同一场景在不同大气条件下红外成像的模拟能为特定的图像分析提供数据。在大气传输理论的基础上,研究了红外成像大气作用效果的模拟方法,通过飞艇平台获得的红外图像作为数据,利用大气辐射传输模型进行大气修正得到地面辐亮度基准图像,在此基础上进行了不同大气模式、温度和水汽含量下的红外图像仿真实验,并对实验结果进行了评价,取得了较为理想的仿真效果,为大气效应模拟提供了一种有效的方法。     

An off-nadir-pointing imaging spectroradiometer for terrestrialecosystem studies

The Advanced Solid-state Array Spectroradiometer (ASAS), an airborne, off-nadir-pointing imaging spectroradiometer used to acquire bidirectional radiance data for terrestrial targets, is described. As its platform aircraft flies over a target, the sensor can image the target through a sequence of at least seven fore-to-aft view directions ranging up to 45° on either side of nadir. ASAS acquires data for 29 spectral bands in the visible and near-infrared portions of the spectrum (465 to 871 nm) with a resolution of 15 nm. The basic ASAS data product is a sequence of digital images acquired from multiple view directions and consisting of calibrated spectral radiance values. Examples of ASAS data from field experiments are presented. The data demonstrate the combined effects of reflectance anisotropy and increased atmospheric path length on off-nadir observations. One result of these effects is a variation in vegetation indices as a function of view direction