基于误差分析的岩芯高光谱数据几何校正方法

南京地质调查中心研制的推扫式岩芯成像光谱仪由可见近红外成像光谱仪、短波红外成像光谱仪以及载有岩芯盘的导轨构成。导轨匀速运动的控制误差、两台独立成像光谱仪不同的空间分辨率不同以及不重合的视场范围,导致所获得的数据存在几何畸变,无法直接进行应用处理。针对上述问题,在分析了畸变产生机理的基础上,提出了基于三角形靶标的拉伸压缩畸变校正方法以及像元级与亚像元级联合配准方法。通过在岩芯盘一侧布设等腰直角三角形靶标,实现无位置姿态参数下的几何拉伸压缩畸变检测与校正;同时将尺度不便特征变化与扩展的相位相关方法相结合进行图像配准,提高图像配准的精度。实验结果表明,利用南京地质调查中心研制的岩芯成像光谱仪的实测高光谱数据进行方法性能验证,经过几何校正处理后的岩芯高光谱数据,拉伸压缩畸变校正精度为0.28个像元,配准精度优于0.1个像元。     

基于高程和地物光谱约束的多光谱图像预处理算法

分视场滤光片型多光谱相机在利用拼接和配准生成多光谱图像时,受云、水等特殊地物的影响,利用现有方法生成的结果图像上容易出现条带噪声和错配现象。提出了一种三维信息约束下的尺度不变特征转换(SIFT)图像配准和地物光谱特性约束下的多光谱图像预处理算法,该算法利用三维信息约束的SIFT算子提高配准精度,同时在地物光谱特性约束下选取有效的辐射校正点提高图像拼接时各条带图像灰度的校正精度。实验结果表明,利用该方法对分视场多光谱相机数据进行预处理时,即使图像上存在云、水等特殊区域的地物,结果图像仍能保持高精度配准且无条带噪声。     

图像配准在TDICCD拼接焦面精度检测中的应用

大视场遥感相机需要进行TDICCD拼接,对拼接焦面的精度要求非常苛刻,必须进行精确的精度检测以确保良好的成像质量。检测拼接焦面精度时,选取TDICCD封装中几何结构简单明显的标志图形作为模板,采用图像配准的方法进行标志图形定位,提出了最优步进两步模板匹配算法实现图像配准,得到各片TDICCD的拼接误差数据,所有配准过程耗时不超过350 ms。图像配准方法采用统一的客观模板检测多片小像元TDICCD的拼接焦面,检测结果表明该方法可将每一片TDICCD像元的位置定位精度提高30.6%。图像配准拼接精度检测避免了常规检测方法通过人眼观测读取数据所引入的主观误差,取得的检测结果更为精确,同时精度检测过程不需要人工干预,提高了拼接精度检测工作的效率。     

LASIS影像波段配准

针对大孔径静态干涉成像光谱仪(Large Aperture Static Interference Imaging Spectrometer,LASIS)各波段共视场扫描成像的特点,提出了基于在轨几何内检校的虚拟重成像方法进行波段高精度配准.此方法充分考虑姿轨的变化和镜头畸变等导致高光谱波段影像失配的几何因素,在内方位元素检校的基础上,对高光谱影像进行虚拟重成像,实现了对误差源的建模以及波段间相对误差的消除.利用遥感十四号LASIS在不同区域数据进行内检校和虚拟重成像实验,结果表明,进行LASIS数据的处理能够得到优于0.16像素的波段配准精度.     

无人机多光谱成像仪图像的校正及配准算法研究

利用光校参数和软件配准法对无人机多光谱成像仪图像进行校正和彩色合成.多光谱成像仪由3个光电头部组成,它们分别对同一地物的R、G、B谱段成像.基于无人机多光谱成像仪中各光谱段成像光电头部存在的性能差异,需要进行图像配准,才能保证图像合成的效果.具体分析与讨论光校参数法与软件配准法的特点,采用这两种方法进行图像配准,并在此基础上提出采用二者相结合的手段研究进一步的算法,以期达到更好的配准效果.     

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。     

一种大视场TDICCD相机的多传感器图像配准方法

某大视场TDICCD相机采用多片TDICCD拼接,多通道输出全色和多光谱遥感图像,为了获得良好的融合和拼接效果,本文提出了一种基于双线性插值的空域互相关配准方法。首先,应用双线性插值算法对多光谱各谱段图像进行放大,得到和全色图像相同大小的多光谱图像。然后,采用空域互相关配准方法对多光谱各谱段图像和全色图像进行配准,并对有重叠像元的两通道图像进行拼接。实验结果表明,本文方法快速,抗噪性和鲁棒性较高,使大视场TDICCD相机多通道遥感图像配准取得了良好的效果。     

长波红外双线列探测器推扫图像配准技术研究

宽波段成像仪上搭载了一个双通道长波红外相机,采用推扫方式成像。分析了相机获取的2个通道遥感图像存在的3种失配变换类型,结合 SIFT 特征算子,给出了一组配准参数,配准精度达到亚像素级,满足了利用双通道遥感数据和分裂窗算法反演地温的需求。     

一种基于波程差补偿的InISAR图像配准方法

逆合成孔径雷达(ISAR)图像配准是干涉逆合成孔径雷达(InISAR)成像领域一个关键的课题,可以实现同一散射点在不同ISAR图像中的对齐,以便于后续的ISAR图像干涉处理。该文分析了ISAR图像失配准的原因,即散射点到不同天线之间的波程差,并据此提出一种基于波程差补偿的方法来实现不同天线ISAR图像之间的精确配准。首先通过调频傅里叶变换估计目标相对于雷达的转速;进一步根据波程差与目标转动角速度的关系构建补偿相位消除散射点到不同天线间的波程差,并通过2维傅里叶变换获得配准之后的ISAR图像。最后利用干涉处理获得目标真实的3维结构。该文方法可以在回波域通过波程差补偿实现ISAR图像配准,配准之后的各散射点在图像中的位置相同;而经过相关法配准之后的ISAR图像中的各散射点之间有一个像素单元的错位,即该方法的配准效果更精确。此外,基于相关法的图像配准方法耗时达到万秒级,而基于该方法的ISAR图像配准时间仅为秒级,即该方法计算效率更高。最终的InISAR 3维成像结果中,该方法的散射点坐标重构误差为0.3034,而基于相关法的成像结果的误差(45.8529)远大于此。因此,基于所提出方法的InISAR 3维成像结果精度更高。      

全景畸变正切改正的高光谱影像视场拼接方法

静止轨道全谱段高光谱成像仪需采用通道分离、视场和机械拼接的方式,并通过扫描镜摆扫获得宽视场、高空间分辨率的高光谱影像,若直接拼接,子视场间不一致的几何变形将使地物光谱信息失真。假设子视场间同名像点坐标的差异是由各子视场内部参数变化引起的,提出以全景畸变正切改正公式为数学模型的区域网平差方法,实现像方坐标系内的视场拼接。并在可见光近红外通道4个子视场仿真影像的基础上完成了视场拼接实验,达到了0.72 pixel的拼接精度。与基于共线条件方程区域网平差的视场拼接方法相比,该方法精度与其相当,且算法更简单,不需要控制点和DEM辅助,适用于初级影像生产。     

可见近红外、短波红外超光谱成像仪在轨数据处理技术研究

分析了天基可见近红外、短波红外超光谱成像仪的数据特征,提出了一种用于可见近红外、短波红外超光谱成像仪的在轨数据处理系统.重点介绍了星上定标及非均匀性校正、星上数据压缩等算法.超光谱成像仪在地面定标的基础上进行星上辐射和光谱定标,用基于定标和基于场景两种方法对图像数据做非均匀性校正.星上数据去噪及压缩采用基于小波变换的方法,去噪后的数据用3D-Tarp算法压缩.该系统设计既考虑了算法的有效性,又考虑了恶劣的星上环境对时间、功耗等指标的限制,在尽量少损失信息的情况下,能有效去除噪声,提高信噪比,减少星上存储和下传的数据,提高图像质量.     

ASTER geometric performance

The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) system acquires multispectral images ranging from the visible to thermal infrared region. The ASTER system consists of three subsystems: visible and near-infrared (VNIR), short-wave infrared (SWIR) and thermal infrared (TIR) radiometers. The VNIR subsystem has a backward-viewing telescope as well as a nadir one. To deliver data products of high quality from the viewpoint of geolocation and band-to-band registration performance, a fundamental program, called Level-1 data processing, has been developed for images obtained using four telescopes with a cross-track pointing function. In this work, the methodology of the geometric validation is first described. Next, the image quality of ASTER data products is evaluated in view of the geometric performance over a period of four years. The band-to-band registration accuracy in the subsystem is better than 0.1 pixels and that between subsystems is better than 0.2 pixels. This means that the geometric database is determined accurately and the image matching method based on a cross-correlation function is effective in the operational usage.     

红外搜索跟踪系统中实时图像配准的研究和实现

为实现在红外探测器运动的条件下地面弱小目标的快速搜索与跟踪,提出了一种基于相位相关法配准和角点法配准相结合的红外图像配准方法实现对红外图像的运动补偿.根据相位相关法配准和角点法配准的特点,首先利用相位相关法对运动中的红外图像进行粗配准,然后利用相位相关法配准的结果作为角点法配准的先验信息实现图像的高精度配准.实验结果表明该算法能够在不降低配准精度的条件下,实时地为红外搜索跟踪系统提供红外图像的位移信息,有效地提高了红外搜索跟踪系统对弱小目标的检测率和检测精度.     

基于运动补偿的双通道星载SAR动目标检测方法

分析常规的双通道星载合成孔径雷达-偏移相位中心天线(SAR-DPCA)技术检测运动目标的方法,建立了斜距平面坐标系来描述星载合成孔径雷达回波多普勒特性,说明了这种常规动目标检测方法在星载情况下的不足。针对这种情况,提出基于运动平台补偿的双通道星载SAR-DPCA动目标检测方法。该方法通过相位补偿,消除了星地相对径向运动对双通道DPCA杂波对消效果的影响,改善了双通道星载SAR-DPCA系统的动目标估计性能。     

Radiometric performance evaluation of ASTER VNIR, SWIR, and TIR

Radiometric performance of the Advanced Spectrometer for Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) is characterized by using acquired imagery data. Noise-equivalent reflectance and temperature, sensitivity (gain), bias (offset), and modulation transfer function (MTF) are determined for the visible and near-infrared (VNIR), the shortwave infrared (SWIR), and the thermal infrared (TIR) radiometers that constitute ASTER. The responsivity evaluated from onboard calibration (OBC) and from instrumented scenes show similar trends for the VNIR: the OBC data yield 2.7% to 5.5% a year for the VNIR. The SWIR response changed less than 2% in the 3.5 years following launch. The zero-radiance offsets of most VNIR and SWIR bands have increased about 1/2 digital number per year. The in-orbit noise levels, calculated by the standard deviation of dark (VNIR and SWIR) or ocean (TIR) scenes, show that all bands are within specification. The MTF at Nyquist and 1/2 Nyquist frequencies was determined for all bands using the Moon (VNIR and SWIR) or terrestrial scenes with lines of sharp thermal contrast. In-orbit performance along-track and cross-track is better than prelaunch for the VNIR and SWIR bands in nearly all cases; the TIR effectively meets specification in-orbit.     

热红外高光谱成像仪光谱匹配盲元检测算法

受红外焦平面阵列生产工艺及材料本身特性影响,红外焦平面阵列不可避免地存在盲元,严重困扰红外数据的处理与应用。光栅分光推扫式热红外高光谱成像仪一般以红外焦平面阵列的其中的一维作为光谱维进行推扫式成像,空间维只剩一维,与一般的热像仪具有二维空间维的成像机制有很大区别。常规的实验室定标法和开窗处理的场景检测方法不能满足该成像方式的盲元检测需求。以热红外高光谱成像仪中的盲元检测为目标,有针对性地提出了基于光谱匹配的盲元检测算法。该方法从光谱维角度出发,以不同温度实验室黑体定标数据生成温升光谱数据,在数据规则化处理的基础上,自动提取有效像元目标的伪光谱曲线,采用光谱角匹配的方式实现盲元的自动检测。以典型的热红外高光谱成像仪获取数据并开展盲元检测实验,结果表明该方法充分利用了热红外高光谱成像仪的光谱维信息,检测精度较高,盲元补偿后的数据可满足热红外高光谱数据的行业应用。     

滤光片分光型高光谱相机发展现状及趋势（特邀）

高光谱相机可将成像技术与光谱探测技术相结合,在对目标空间特征成像的同时,可以对每个空间像元形成多个窄波段实现连续的光谱覆盖,不同光谱信息能充分反映地物内部的物理结构、化学成分的差异。与传统的空间二维成像相比,高光谱相机可以同时获取目标的空间和光谱信息,在一定的空间分辨率下,能够获取宽谱段范围内地物独有的连续特征光谱,对地物的精准识别和探测具有显著优势,目前已成为对地遥感重要的前沿技术手段,在农、林、水、土、矿等资源调查与环境监测等领域具有重要的应用价值。随着滤光片镀膜技术的飞速发展,极大地促进了滤光片分光型高光谱相机的研制,目前基于滤光片分光原理的高光谱相机以大幅宽、高空间分辨率、高光谱分辨率和轻小型的优势成为高光谱遥感载荷的重要组成部分,在微纳卫星高光谱星座组网中获得广泛应用。主要对滤光片分光型的高光谱相机进行了综述,介绍了国内外典型滤光片分光型星载高光谱成像载荷,以及地面在研的滤光片分光型高光谱成像系统,并分析了这些系统的技术方案、性能指标及应用前景,阐述了基于滤光片分光原理的高光谱相机的技术特点和优缺点,最后展望了滤光片分光型高光谱相机的发展趋势。     

The impact of viewing geometry on material discriminability inhyperspectral images

An increase in the off-nadir viewing angle for an airborne visible/near-infrared through short-wave infrared (VNIR/SWIR) imaging spectrometer leads to a decrease in upward atmospheric transmittance and an increase in line-of-sight scattered path radiance. These effects combine to reduce the spectral contrast between different materials in the sensed signal. The authors analyze the impact of viewing angle on material discriminability for 237 materials over a wide range of conditions. Material discriminability is quantified using a statistical algorithm that employs a subspace model to represent the set of spectra for a material as conditions vary. The authors show that reliable material discrimination is possible over a range of conditions even for large off-nadir viewing angles. They illustrate the performance of material identification over different viewing angles using simulated forest and desert hyperspectral digital imagery collection experiment (HYDICE) images