推帚式高光谱成像仪光谱定标及精度控制研究

高光谱成像仪的光谱定标是为了确定仪器各波段中心波长和光谱分辨率,是获取地物光谱信息的必要条件。高光谱成像技术取得较快发展的同时,它的光谱分辨率也越来越高,这必然要求光谱定标的精度更高。文中从单色仪对定标精度影响出发,研究得到光源辐射强度包络对精度的影响可以达到0.12 nm以上,这对于定标精度要求很高的高光谱成像仪来说不可忽略。根据不同波长处包络的影响我们对中心波长精度进行了改善。通过实验得出波段210～228之间的中心波长精度提高了0.2 nm左右,约占总波段数的11%,波段165～209之间的中心波长精度提高了0.12 nm左右,约占总波段的24%。     

基于天宫一号高光谱成像仪的替代光谱定标方法精度对比分析

基于天宫一号高光谱成像仪2012年3月6日获取的可见近红外谱段数据,分别进行了氧气吸收通道的同步和非同步替代光谱定标,为了提高非同步替代光谱定标结果的可靠性,利用与同步实验日期相近的另外两景图像进行了多次非同步替代光谱定标.结果表明:基于三景图像的非同步替代光谱定标结果相近,差异小于0.2 nm,标准差小于0.11;同步和非同步两种替代光谱定标结果差异小于0.3 nm;以星上定标结果为基准,两种替代光谱定标方法的误差分别为0.384 nm和0.489 nm,二者差异较小.可见,可采用非同步替代光谱定标方法对高光谱成像仪进行高频次的光谱定标.     

机载高光谱可见近红外/短波红外模块视轴角自校正方法研究

外视场拼接是实现机载高光谱成像系统同时具有大视场与宽光谱采样范围的有效方式。由于各个成像单机独立安装,对应的可见近红外模块单机与短波红外模块单机之间的视轴角会在设备长时间运行后产生变化,视轴角的变化会对可见/短波红外的数据融合效果产生负面影响。而视场重叠使基于对极几何和平面单应性的校正方法不能有效地解算出对应可见/短波红外单机之间的视轴角,因此无法对视轴角偏差导致的图像失配进行修正。针对使用外视场拼接来扩大总视场和总响应带宽特点的机载高光谱成像系统,本文提出了一种视轴角和焦距校正算法。通过使用多级特征筛选方法,结合最小化重投影误差,实现了可见近红外/短波红外对应单机之间视轴角与相对焦距的自校正,提高了图像配准精度。该算法已经应用于AMMIS机载大视场高光谱成像仪。实验结果表明,该方法最大平均误差小于0.2像素,且对倾斜放置的相机也具有很好的适应性。     

超光谱成像仪指向反射镜热光学特性分析

超光谱成像仪是“图谱合一“的光学遥感器,其指向反射镜位于超光谱成像仪最前端,尺寸大、热流复杂、容易受到热影响。指向反射镜的热光学特性反映指向反射镜的热适应性和热尺寸稳定性,是结构设计人员以及热设计人员关注的重要性能。鉴于此,分析了指向反射镜的工作环境,论述了指向反射镜热光学特性研究内容及技术路线。针对实例利用有限元方法和理论公式进行了热光学分析,比较了两种描述指向反射镜热光学特性的方法。结果表明:对于指向反射镜,与基于温差的描述相比,基于热功率的描述更加真实地反映指向镜的热适应性和热尺寸稳定性。     

基于视场分割方式的宽视场高光谱成像系统的辐射匹配技术

视场分割方案是实现宽视场高光谱成像的可行途径之一,成像系统除了空间上需要配准外,辐射亮度也需要匹配.本文主要分析宽视场高光谱成像仪的视场拼接技术的辐射匹配原理和匹配要素,简要介绍了实现途径,通过该途径,成功地实现了一种机载高光谱成像仪的视场拼接,给出了该宽视场高光谱成像仪的飞行试验结果,试验显示辐射匹配结果良好,通过光谱曲线的对比,精度在系统误差范围内.     

动态空间激光通信系统视轴初始指向建模及验证

捕获、对准、跟踪系统是空间激光通信重要组成部分,是通信正常进行的前提与保障。针对捕获系统中的初始指向内容进行了详细研究,给出初始系统指向系统模型,应用坐标转换矩阵补偿由于位置不同、姿态变化、安装基准轴差异、初始零位不一致等对初始指向方位角和俯仰角的影响。提出初始指向系统视轴标校方法,根据误差分析方法确定了指向精度及捕获不确定区域大小。在飞机-飞机动态演示实验中,应用双天线全球定位系统/捷联导航系统(GPS/INS)组合器件实时得到位置、姿态等参数,实现初始指向系统性能测试。借助观靶相机实际测量本系统捕获不确定区域大小为10mrad,与理论分析结果基本一致。     

两轴快速反射镜视轴指向与速率补偿分析

为精确控制两轴快速反射镜的视轴指向,根据矢量形式斯涅尔定律建立了反射镜转角与视轴指向角间的运动学耦合方程。通过非线性校正实现视轴指向方程解耦,对于行程为20 mrad的两轴快速反射镜在入射角为45时视轴指向误差小于8rad,相比线性近似,视轴指向精度提高75倍。为保证视轴稳定,根据矢量速率方程推导出补偿基座扰动角速率的反射镜转动角速率方程,通过对三角函数进行泰勒展开,舍去高阶项,得到快反镜转动角速率近似计算公式,分析了不同入射角下的残余视轴转动角速率,得出视轴转动角速率Ly残差远大于Lz,且入射角i为45时残差最小,此时残余视轴转动角速率与基座扰动角速率之比小于0.164%,可满足计算精度要求。为快速反射镜伺服控制系统位置、速度指令生成提供理论依据。     

高光谱成像技术及其应用研讨会

2012年11月6～8日苏州凯莱酒店发起单位:中国宇航学会承办单位:中国宇航学会光电专委会,苏州大学现代光学所支持期刊:《红外与激光工程》(EI)正刊、《光学与光电技术》正刊     

光电产品空间全视场指向精度检测方法研究

光电产品空间指向精度是衡量光电系统的重要指标,如何准确地测量出光电产品的空间全视场指向精度对于光电系统而言尤为重要。根据光电系统的工作特点,提出了光电产品空间全视场指向精度测量原理与方法,以方位、俯仰轴为例介绍了测量的基本原理,给出了测量结果和分析。结果表明,该方法可以有效准确地测量出光电产品空间全视场的指向精度。     

变发散角半导体激光器光束整形发射系统设计

变发散角半导体激光束具有重要的应用意义.根据光线传输的基本原理,从理论上推导了变发散角半导体激光器光束整形发射系统的设计公式,在推导过程中,为了更准确地设计系统,保证出射光束质量,需考虑半导体激光器的固有像散.讨论了最佳的系统结构形式,推导了半导体激光器光束整形的变发散角公式,根据该公式设计了一个变发散角半导体激光器光...     

面阵摆扫型无人机载大视场高光谱成像技术研究

提出了一种面阵摆扫型无人机载大视场高光谱成像技术,控制基于马赛克型滤光片分光的画幅式高光谱相机在翼展方向进行扫描实现大视场、高光谱分辨率成像。进行外场飞行试验,获取了像质清晰的大视场、高光谱分辨率对地观测图像,飞行作业效率为8.64 km2/h,较单相机成像,作业效率提高约3.4倍。系统光机结构简单,体积、重量优势明显,在无人机高光谱遥感方面应用前景广阔。研究成果对推动无人机载光谱成像技术向大视场、高光谱分辨率方向发展具有一定的参考价值。     

高能激光武器的跟瞄精度要求分析

从高能激光武器的跟瞄精度要求与激光武器发射的激光束传输到目标处时的角发散量间的关系出发,导出了高能激光武器跟瞄精度要求的数学表达式,并据此分析了目标的远近、大气湍流的强弱和系统的性能参数等对跟瞄精度要求的影响,给出了一些情况下跟瞄精度要求的计算结果。     

采用SIFT特征的高光谱数据自动几何精校正

针对几何精校正过程中人工选取控制点误差大、未考虑高光谱数据光谱特征一致性等问题,提出了基于SIFT特征的自动几何精校正方法。首先提取图像的SIFT特征,利用高光谱数据的地理坐标定位进行局部特征匹配,然后为了进一步提取高精度、分布均匀的控制点,提出了一种分区域的随机采样一致（Random Sample Consensus,RANSAC）算法。利用航空高光谱成像仪Hymap获取的新疆东天山数据进行算法性能的分析与验证,并采用CE90/CE95以及均方根误差等指标进行定位精度的评价,提出的基于SIFT特征的自动几何精校正方法能够达到0.8像元的定位精度,并且校正前后光谱的光谱角小于0.01 rad。     

可见光变角度带通滤光膜研制

以薄膜光学为背景,介绍了可见光波段变角度带通滤光膜的用途、设计与制备方法。基于波动光学原理,首先分析了带通滤光膜的光学特性以及变角度使用的难点,其次讨论了0°~33°入射时薄膜选材、测试、工艺制备等研究过程中的主要技术问题。利用薄膜软件进行优化计算后,结合光学控制与离子辅助工艺得到了吸收低、偏移量小与附着力良好的薄膜。目前相关的技术应用在地形勘测相机中达到了空间变角度高分辨率成像的效果。     

运动补偿下双通道星载高光谱成像仪图像配准

最新一代可见近红外（VNIR）和短波红外（SWIR）双通道星载高光谱成像仪,多采用视场分离器将VNIR和SWIR通道分离为多个子视场,同一时刻各子视场对地成像区域不同,在采用运动补偿技术提高图像信噪比时,各子视场对同一地物的观测角不同,导致图像间失配关系复杂,无法获取同一地物的VNIR-SWIR连续光谱。通过建立运动补偿下的严格成像几何模型,定量分析了双通道图像的畸变和失配规律,进而提出了各子视场分别几何定位再相位相关法配准的方案,并利用东天山区域运动补偿下星载双通道高光谱仿真数据进行验证。结果表明,传统的基于图像的配准方案精度为3.9像元,仍无法得到同一地物像元的VNIR-SWIR光谱曲线,文中方案配准精度提高到0.3像元,VNIR和SWIR重叠波段的反射率光谱重合度误差由41.5%降低到1.2%。     

利用光束后向散射提高激光跟踪发射精度方法

为提高激光跟踪发射系统激光发射指向精度,提出了一种通过测量发射激光后向散射光尖来修正激光发射指向误差的方法。在介绍系统光机结构及后向散射相关理论的基础上详细论述了光尖探测距离与视差的关系,根据天气情况和长期测量经验获得良好天气、中等天气和较差天气三种天气状况下光尖探测距离,进一步得出三种天气状况下视差修正量。在良好天气状况下,利用预定空间轨迹误差修正方式进行实验验证,对比光束后向散射法与靶板测量法所测得的激光发射指向精度,在预定的空间轨迹上两者测量误差为2.5,实验证明,利用光束后向散射法可以大大提高激光发射的指向精度。