采用改进型IHS变换的遥感图像融合算法

在分析亮度一色度-饱和度(IHS)变换影像融合方法的基础上,针对IHS变换存在光谱特征扭曲的局限性,提出了一种采用分辨率退化模型的基于IHS变换的局部回归分析融合方法.采用SPOT的全色影像和TM的多光谱影像为实验数据,经多个统计参数的定量分析以及Matlab仿真实验的验证表明,该方法在空间分辨率和光谱分辨率上都达到了较好的效果.     

通过直方图中轴化提高融合图像光谱保真度

针对遥感图像融合过程中光谱失真问题,提出一种基于直方图中轴化策略的图像融合算法。首先,将多光谱图像进行IHS变换;然后,采用直方图中轴化策略调整多光谱图像强度分量图像和全色图像的像素直方图,使之趋于一致;最后,进行IHS反变换获得高质量的彩色图像。理论分析和实验结果表明,该算法不仅可以较好地抑制融合图像光谱失真,同时也能有效保留融合图像的空间分辨率,算法步骤简单、容易实现;与四种传统融合算法（IHS变换、主成分分析（PCA）法、小波变换（WT）法、Brovey）相比,该算法生成的融合图像具有良好的视觉效果,特别是在峰值信噪比（PSNR）、光谱扭曲度和信息熵等客观评价指标中明显优于对比算法。基于直方图中轴化策略融合的遥感图像光谱失真度小、空间信息保持度高。     

基于小波变换理论的影像融合及评价

研究了基于MALLAT小波变换与静态小波变换(SWT)改进的IHS影像融合方案,并与标准IHS,BROVEY,PCA融合算法进行对比,分析了各种融合结果的优缺点。采用信息熵,标准差指标对信息量进行比较。选择平均值,相关系数,标准偏差指数进行融合影像光谱特征评价。针对ETM 全色波段与多光谱波段进行实验分析,结果表明小波变换融合算法总体优于传统融合算法,并能较好的保持光谱特性,但两种不同的离散小波变换方法改进的融合效果各有优缺点。     

基于改进Brovey变换的ALI影像融合算法研究

针对传统Brovey变换（Brovey Transform,BT）融合存在的光谱信息丢失及光谱扭曲等问题,引入自适应加权平均对其进行改进,并以EO-1 ALI多光谱影像为例,提出一种新的基于改进BT的多光谱影像融合算法。并分别选用信息熵、平均梯度、相关系数、均方根误差等参数对影像融合效果进行综合评价与对比分析,从而验证该算法的有效性和优越性。结果显示：采用改进后的BT融合算法的多光谱融合影像具有较好的光谱信息和空间分辨率,其视觉效果和空间纹理特征都有显著改善,并且较好地延续了源影像的色彩信息,亮度相对适中;能减少融合过程中光谱信息的损失和畸变,在保持光谱信息和清晰度方面与传统BT融合算法相比具有明显优势。     

基于改进的IHS、PCA和小波变换的遥感图像融合算法

文章提出了基于改进的IHS、PCA和小波变换的遥感图像融合算法,提高融合图像的空间分辨率和光谱分辨率,首先对多光谱图像进行PCA变换,使其维度降低,减少信息损失,将原始图像数据中有效的主要信息用主成分PC1、PC2、PC3表示.接着对主成分进行IHS变换得到I、H、S分量,之后将强度分量I与全色图像进行直方图优化求解得到newPAN,最后对newPAN和强度分量I进行小波分解.利用PCA对多光谱图像操作后再进行IHS变换,弥补了传统IHS算法只能处理三个波段多光谱图像的缺陷,增加了处理的波段数,而且PCA融合算法的光谱保持度较高,该算法将IHS、PCA、小波变换三种融合算法相结合,利用各个算法的优势,最大程度地减少替换成分相关性不高造成的光谱扭曲,克服小波变换融合过程中产生的细节信息畸变问题.     

不同滤波方法的SAR与多光谱图像融合算法

针对不同滤波的SAR数据会导致异质遥感影像融合结果之间产生较大差异的问题,提出了将不同滤波方法与不同融合算法相结合分别进行实验,旨在寻找二者的最优组合。首先在分析SAR数据相干斑噪声产生机理的基础上,对多种经典滤波方法和常用融合算法进行了分析评价,然后将Lee、Frost、Kuan、Gamma MAP、增强Lee和增强Frost等6种滤波后的SAR数据与多光谱图像分别进行IHS融合、PCA融合、GS融合和PCA_IHS融合,最后采用目视判读和定量分析相结合的方式,对融合结果进行分析和评价。以8m Radarsat-2数据和30m Landsat-5TM影像为例。实验结果表明,增强Frost滤波后的IHS变换、Lee滤波后的PCA变换和GS变换、Kuan滤波下的PCA_IHS变换所得融合影像在空间纹理细节和光谱保真度方面整体效果最优。     

沿海牡蛎养殖的WorldView-2影像融合方法评价

针对沿海牡蛎养殖模式的特点,使用WorldView-2影像为数据源,以浙江省象山港牡蛎养殖区为研究区,采用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)、GS(Gram-Schmidt)变换、NNDiffuse Pan Sharpening、Brovey变换、小波变换(Wavelet Transform)5种融合方法对多光谱和全色影像数据进行融合,选用均值、标准差、信息熵、平均梯度、相关系数和光谱扭曲程度6种客观评价指标,对5种融合结果进行主观定性和客观定量的评价与分析。结果表明:整体上,经PCA方法融合后的遥感影像在保持空间纹理细节信息的同时,光谱信息保持较好,是WorldView-2影像进行沿海牡蛎养殖遥感应用时最适合的融合方法;GS融合效果仅次于PCA;而NNDiffuse Pan Sharpening、Wavelet变换和Brovey变换均不适合浮筏识别与提取。     

SPOT 5在森林资源二类调查应用中数据优化研究

为了实现SPOT 5影像应用于森林资源二类调查过程中影像数据最优的目视效果,首先利用标准差、均值、信息熵、OIF指数等指标对影像融合及目视解译最佳波段进行选取;其次,针对性地引入了亮度信息、空间细节和纹理结构、信息量、光谱特性保持程度等融合效果评价参数,并以高空间分辨率信息继承程度作为重要参数以反映融合影像空间分辨率特征,把最佳波段作为统计对象对常用的9种像素级融合方法进行了融合效果分析。比较得出PCA融合为9种方法中综合最优,影像亮度、空间分辨率信息较高,视觉效果最佳;乘积融合和Brovey融合虽然空间分辨率信息继承程度等指标也较优,但是光谱扭曲太大。小波融合等方法总体光谱特征普遍较好,但是噪声较多,空间分辨率信息不佳,不适用于目视解译。定量评价之后的定性评价分析进一步强调了高空间分辨率信息继承程度做为评价指标的重要性。     

一种基于小波变换的图象融合算法

基于多分辨率小波变换的融合算法近年来得到了广泛的应用。为了充分利用各种遥感图象的信息中,针对“资源一号”卫星图象和SPOT全色波图象,提出了一种新的基于区域能量特征的小波变换复原-增强融合算法。通过同IHS、PCA和HPF几种传统融合方法的比较和结果评价,证明该方法在提高“资源一号”卫星图象空间分辨率的同时,还较好地保留了多光谱图象的光谱信息,并且有效地克服了“资源一号”卫星图象模糊的特点。     

于试验分析确立融合模型的 IHS-小波变换融合方法

在多光谱和全色影像分辨率相差较大情况下,IHS遥感影像融合方法会因光谱分配问题导致一定的光谱扭曲;而小波变换方法在变换域具有良好的分频特性,且融合规则和算子对融合效果作用明显。将IHS和小波变换结合,通过试验分析发现小波分解得到的低频部分与光谱信息关系密切、高频部分与空间信息关系密切。在试验分析的基础上分别给出低频、高频部分的融合规则和算子,应用于BJ-1卫星数据的自身融合验证表明,在保持空间清晰度的同时能够明显地降低光谱扭曲程度,较好解决了其多光谱和全色影像分辨率相差较大对数据融合的影响,相比传统的IHS方法有效降低了光谱扭曲。
     

NCEP/QSCAT混合风向用于SAR图像反演高分辨率海面风速

SAR图像反演高分辨率海面风速在微波遥感领域具有重要的意义。利用 SAR图像和NCEP/QSCAT混合风向数据,对NCEP/QSCAT混合风向用于SAR图像反演高分辨率海面风速的方法进行了初步研究。以2005年12月6日一景ENVISat ASAR图像为例,反演了大范围、高分辨率海面风速。海面风速的反演结果与NCEP/QSCAT混合风速、日平均散射计风速的比较结果显示,其均方根误差分别为1.9 m/s、1.6 m/s,二者符合较好,显示了SAR反演高分辨率海面风速的能力与SAR海面风场业务化应用的前景。     

基于长时间序列ASAR数据的近海风场反演

首先获取覆盖浙江省近海215景长时间序列多模式ASAR Level 1B数据,对获取的ASAR数据进行几何校正、辐射定标、极化比转化、噪声剔除后,将所有的影像统一重采样得到1km×1km分辨单元的后向散射系数影像,尝试利用CCMP风向作为SAR风速反演地球物理模式函数的风向初始场,对比目前国际上最常用的3种模式函数CMOD4、CMOD-IFR2和CMOD5的风速反演效果,将反演得到风速分别与CCMP插值风速和现场观测气象站点的风速进行对比,结果表明CCMP风向数据可作为SAR风速反演的风向初始场,其中结合CMOD4模式函数能够得到较高精度的反演风速,由于CCMP数据有效时间长、覆盖范围广、易于获取,因此联合CCMP风向有利于SAR近海风场反演的业务化应用。     

基于星载微波辐射计的海面风场对海表盐度反演影响研究

为了研究海面风场对海表盐度反演结果的影响,需要构建准确的海面风场影响下的海表亮温模型。将不同海面粗糙度模型计算的结果与Aquarius盐度计卫星产品中的海面粗糙度数据进行了比较,结果表明双尺度模型结合海面泡沫模型的计算结果与Aquarius卫星产品粗糙度数据一致性最好。基于此构建了海面风场影响下的海面亮温仿真模型以及双极化通道的盐度反演模型,研究了海面风场对L波段海面微波辐射特性的影响以及风场资料误差对盐度反演精度的影响。仿真结果表明,2m/s的风速误差对盐度反演结果的影响较大。在低温和大风速条件下达到1psu以上,尚不能满足目前盐度遥感的精度要求。20°的风向误差对在中小入射角条件下对盐度反演结果影响较小,对盐度遥感的月平均要求影响不大。     

星载SAR在海气边界层气象学中的应用研究

SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)作为一种现代高空间分辨率成像侧视雷达,对地球表面海洋所成的图像中蕴含了极为丰富的中尺度及亚中尺度海洋大气边界层的信息,因此对边界层气象学研究有着非常重要的意义。但是,使用SAR研究海气边界层这一涵盖微波遥感、气象学及海洋学等学科的科学前沿课题在国内却少有文献报道。在此背景下,首先介绍了SAR反演海洋大气边界层的研究概况,回顾了SAR反演海气边界层参数的原理和方法。然后以2002年5月7日当地时间10时53分ERS-2卫星获取的香港地区(22.097°N,E 114.300°E)SAR海洋图像为例,进行了反演风向风速的初步试验,最终获得了较高精度的风矢量。具体过程如下:先对SAR图像进行预处理,包括ADC(Analog Digital Converter,模数转换器)补偿、精确校准及斑点滤波等过程;然后利用经典的谱分析方法求得具有180°模糊度的风向,再用香港天文台气象浮标实测资料消除这一不确定性得到了真实的相对风向;紧接着利用CMOD4地球物理模式函数计算得到了海面上10 m高的风速。与气象浮标站所记录的平均风速和风向比较,两个20 km×20 km大小的试验区域求得的风向误差分别为23.71°和7.00°,平均风速误差分别为0.18 m/s和-0.12 m/s。结果表明,如果对SAR预先进行严格的预处理,结合经典的谱分析方法和CMOD4模型,即可获取高精度的风矢量。这一结果为今后海洋大气边界层的研究奠定了良好的基础。     

High-resolution satellite measurements of coastal wind field and sea state

Methods to derive wind speed and sea state by simple empirical models from synthetic aperture radar (SAR) data are presented and applied for use in high-resolution numerical modelling for coastal applications. The new radar satellite, TerraSAR-X (TS-X), images the surface of the sea with a high resolution up to 1 m. Therefore, not only wind information and integrated sea state parameters but also individual ocean waves with wavelengths down to 30 m are detectable. Two-dimensional information on the ocean surface retrieved using TS-X data is validated for different oceanographic applications: derivation of finely resolved wind fields (XMOD algorithm) and integrated sea state parameters (XWAVE algorithm). Both algorithms are capable of taking into account fine-scale effects in coastal areas. Wind and sea state information retrieved from SAR data are applied as the input for a wave numerical spectral model (wind forcing and boundary condition) running at a fine spatial horizontal resolution of 100 m. Results are compared to collocated buoy measurements. Studies are carried out for varying wind speeds and comparisons against wave height, simulated using original TS-X-derived wind data, showing the sensitivity of waves to local wind variation and thus the importance of local wind effects on wave behaviour in coastal areas. Examples for the German Bight (North Sea) are shown. The TS-X satellite scenes render well-developed ocean wave patterns of developed swell at the sea surface. Refraction of individual long swell waves at a water depth shallower than about 70 m, caused by the influence of underwater topography in coastal areas, is imaged on the radar scenes. A technique is developed for tracking wave rays depending on changes in swell wavelength and direction. We estimate the wave energy flux along wave tracks from deep water to the coastline based on SAR information: wave height and wavelength are derived from TS-X data.     

Assessment of an analytical model for sea surface wind speed retrieval from spaceborne SAR

An analytical model based on radar backscatter theory was utilized to retrieve sea surface wind speeds from C-band satellite synthetic aperture radar (SAR) data at either vertical (VV) or horizontal (HH) polarization in transmission and reception. The wind speeds were estimated from several ENVISAT Advanced SAR (ASAR) images in Hong Kong coastal waters and from Radarsat-1 SAR images along the west coast of North America. To evaluate the accuracy of the analytical model, the estimated wind speeds were compared to coincident buoy measurements, as well as winds retrieved by C-band empirical algorithms (CMOD4, CMOD_IRF2 and CMOD5). The comparison shows that the accuracy of the analytical model is comparable to that of the C-band empirical algorithms. The results indicate the capability of the analytical model for sea surface wind speed retrieval from SAR images at both VV and HH polarization.     

非降水条件下微波辐射计海面风遥感产品性能分析

通过对5种微波辐射计SSM/I、SSM/IS、TMI、AMSR\|E和WINDSAT以及2种微波散射计ASCAT和QUIKSCAT多年的海面风产品同浮标同步的实测资料进行数据匹配处理,再对匹配后的数据进行数据分析和统计。研究结果表明:微波辐射计遥感海面风的性能在1 m/s左右,可以满足绝大多数应用的需求。微波辐射计的低频海面风产品性能优于中频产品,但是中频数据地面分辨率高,建议在近海应用中使用中频产品,在大洋应用中使用低频产品。就不同微波辐射计而言,AMSR\|E和WINDSAT性能较优,SSM/I和SSM/IS性能较差,TMI则处于中等水平。微波辐射计测量风速的性能与微波散射计相比处于同一水平,但在高风速段微波辐射计有一定优势。微波辐射计中仅全极化微波辐射计WINDSAT具有测量海面风向的能力,在低风速段,WINDSAT测量海面风向的性能远远不及微波散射计,只有风速超过6 m/s时,WINDSAT提供的海面风向数据才能符合应用的需求。当风速超过8 m/s后,WINDSAT遥感海面风向的能力就和微波散射计基本一致。在此基础上,提出了强风条件下深入研究的必要性,并对浮标测风存在的问题做出了初步的分析并指出了改进的方向。
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合成孔径雷达海面风场反演研究进展

合成孔径雷达高分辨率、全天候的观测能力使其成为大面积获取高分辨海面风场的重要手段,这有助于我们理解各种海洋现象的物理过程,尤其是在海岸带,合成孔径雷达反演风场更具优势。以合成孔径雷达风向确定方式为主线,详细阐述了国内外学者在合成孔径雷达风场反演方面的研究进展,主要包括：利用影像线性纹理特征进行风场反演、基于外部初始风向的风场反演方法以及利用影像本身所包含的其它信息进行的风场反演工作,诸如距离向入射角差异、多极化后向散射等,并对合成孔径雷达风场反演的发展给出自己的观点。     

A new wind retrieval algorithm for Jason-1 at high wind speeds

The altimeter wind speed algorithm at high wind speeds remains unsolved because of lack of observed data. In this study data at high wind speeds were generated using Yin's typhoon model, which consists of the Rankine vortex model and the angular momentum model with typhoon parameters, provided by the Joint Typhoon Warning Centre (JTWC). The accuracy of Yin's typhoon model can be validated by comparing it with recorded data from a weather station. By comparing the normalized radar backscatter cross‐section (NRCS) detected by the Jason‐1 altimeter with wind speed data inferred by Yin's typhoon model, an empirical algorithm valid for a range of wind speeds between 10 and 40 m s^–1 is developed and proposed. The proposed algorithm is compared with the Jason‐1 operational algorithm and Young's altimeter wind retrieval algorithm. The study shows that, for the proposed algorithm and the operational algorithm for Jason‐1, the root mean square (RMS) errors are 3.38 and 3.60 m s^–1, respectively, and the average relative errors are 18% and 19%, respectively, for wind speeds less than 27 m s^–1. Hence, the proposed algorithm is in agreement with the operational algorithm for the Jason‐1 altimeter for wind speeds in the range 10–27 m s^–1. However, the Jason‐1 operational algorithm is inaccurate for wind speeds above 27 m s^–1 because the wind speeds used in the algorithm training process came from scatterometer wind products, and are significantly lower than those in strong wind and heavy rain conditions. Comparison of the proposed algorithm and Young's algorithm shows that the RMS errors are 6.27 and 15.18 m s^–1, respectively, and the average relative errors are 16% and 59%, respectively, for wind speeds greater than 20 m s^–1. The Holland typhoon model cannot accurately determine the outer wind field of typhoons since it extends cyclonic wind speeds to infinity. Young's altimeter wind retrieval algorithm depends on the Holland typhoon model, and the latter results in some errors. Compared with Young's altimeter wind retrieval algorithm, the proposed algorithm retrieves wind speeds with better accuracy. Therefore, the proposed algorithm, suitable for retrieving sea surface wind speeds in typhoons and other strong wind conditions, can be considered as supplementary to the Jason‐1 operational algorithm.