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%。     

中巴地球资源一号卫星红外多光谱扫描仪、交叉定标方法研究

建立CBERS—1上搭载的红外多光谱扫描仪(IRMSS)与FY—1C通道4及Landsat-7上ETM 波段6多星星载热红外遥感仪器交叉定标的算法模型，利用美国Landsat-7上搭载的ETM 红外通道6和FY—1C通道4分别对IRMSS热红外通道进行交叉定标，得到二组定标结果．相同地标点对比分析结果表明，二个定标结果得到的目标点亮度温度相对偏差为1．2K；IRMSS交叉定标结果与Landsat-7ETM 热红外通道在轨定标结果独立样本对比分析结果，均方根偏差为1．6K．     

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.     

宽谱段高光谱成像仪星上波长定标方法

高光谱成像探测仪在轨波长漂移和性能衰变是有效载荷在轨长期工作必须解决的问题。利用太阳辐射光谱和大气后向散射辐射光谱中特有的Fraunhofer吸收线可作为星上波长定标的基准。针对波长定标精度需求，优选出高精度的太阳参考光谱，用仪器狭缝函数卷积后初选出87条Fraunhofer吸收线，并分析了由Fraunhofer吸收线分布非均匀性引起的系统误差，以及由仪器探测能力不同而产生的随机误差。综合最大偏差和RMS，确定了在满足定标精度优于0.01 nm的条件下，可用的76条太阳Fraunhofer线的精确位置。该研究为高光谱成像探测载荷在轨高精度波长定标奠定了基础。     

机载热红外高光谱成像仪的光谱性能测试与初步应用

介绍了机载热红外高光谱成像仪样机的低温光谱仪设计特点,为了检测系统的光谱识别能力,在实验室开展了详细的光谱性能测试。为满足气体探测对超高光谱精度的需求,提出了采用CO₂激光器结合高精度单色仪的方法应用于色散型高光谱成像系统。在实验室对氨气气体进行了准确的红外吸收光谱测试,表明系统可用于气体探测及识别。在此基础上,开展了飞行试验,应用结果表明热红外高光谱可以有效开展城市典型建筑物分类、工业化学气体排放种类和形态监测等应用,特别是后者是目前其它光学遥感手段尚不具备的。以上研究和试验结果表明机载热红外高光谱成像仪已经具备了业务应用能力,后续将在仪器辐射定量化精度的提升方面进一步开展研究工作。     

成像光谱仪光谱定标技术

本文首先介绍了成像光谱仪光谱定标的背景、原理．接着重点介绍了国外关于光谱定标的几种技术,最后对国内光谱定标进行了展望。     

基于场景的热红外高光谱数据光谱定标

传感器每个波段的中心波长和半高全宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）随成像环境变化会发生较大的系统性漂移。这种漂移最终会影响发射率和温度的反演精度，尤其是在大气吸收波段附近的发射率反演精度。选择水汽在11.73 m处的吸收通道作为参考波段，提出了适用于热红外高光谱数据的光谱定标技术流程。模拟实验表明:光谱分辨率为50 nm，中心波长偏移在-50~50 nm、FWHM变化在-25~25 nm时，大气水汽含量对光谱定标误差的影响最大。同时，对误差分布曲面进行拟合得到描述误差分布模型，用于误差的估计。当大气水汽含量足够大时，光谱中心波长偏移估算误差可达到1 nm以内。最后，将所提方法应用于机载热红外高光谱数据光谱定标。结果显示，热红外高光谱成像仪中心波长偏移为28.4 nm，FWHM变化为-18.5 nm。     

中巴地球资源卫星热红外通道的交叉辐射定标

以TERRA MOD IS传感器热红外31通道为参考标准,完成对CBERS-02 IRMSS传感器热红外通道的交叉辐射定标.在与MOD IS相应通道的交叉辐射定标中选取了2004年8月~12月间的7次双星同步观测青海湖和太湖的昼夜数据,通过两传感器相应通道间的光谱匹配,利用MOD IS数据推算IRMSS的入瞳辐亮度,再从IRMSS影像上提取对应的DN值.对交叉定标获取的数据,进行多点线性回归,获得定标系数:增益8.0567,单位:DN/(W/m2/sr1/μm1);截距47.892,单位:DN.并对定标数据进行了精度评价和检验,结果表明该方法所获取的定标系数精度与MOD IS定标数据相当,可以满足定量化应用的需要.     

成像光谱仪光谱定标技术

本文首先介绍了成像光谱仪光谱定标的背景、原理。接着重点介绍了国外关于光谱定标的几种技术，最后对国内光谱定标进行了展望。     

波长可调谐凝视型高光谱成像技术研究

目前高光谱成像技术已经在遥感、探测等各个领域得到了广泛应用,但是在医学、材料学和微电子学等新兴学科领域,被动式成像方式自身却存在一些局限性和不适用性。探讨了一种波长可调谐的凝视型高光谱成像系统。使用波长可调谐的单色光实现了对被拍摄物体的快速光谱测量,并利用光栅作为分光元件,使该系统的兼容性和拓展性得到了极大提高。该研究对于类似成像系统的设计具有一定的参考和借鉴意义。     

星载高光谱成像仪的发展及军事应用

随着航天技术的发展,星载高光谱成像技术日趋成熟并得到广泛应用。首先对高光谱成像的基础概念及特点进行了阐述,然后从国内、国外两个角度系统介绍了近二十年星载高光谱成像仪的发展状况,并分析了其主要性能指标和相关遥感应用,最后对星载高光谱技术在战场环境侦察、海洋军事行动监测、战场气象环境评估、导弹预警探测等方面的军事应用进行了分析概括,并通过举例进行了简要说明。     

基于USB的超光谱成像仪数据采集系统的设计

设计了一套基于USB 2.0高速串行总线的数据采集系统,实现了某超光谱成像仪研制过程中的光谱图像数据采集、传输、显示与存储。系统的软硬件设计综合应用了USB、LVDS、时钟数据恢复、8B/10B编码、乒乓缓存、多线程和DirectDraw等技术.相对于传统的基于ISA/PCI总线的成像光谱仪数据采集系统,该设计支持热插拔和总线供电,具有低功耗、小型化和轻量化等特点,对类似数据采集系统的设计具有参考和借鉴意义。     

利用TERRA/MODIS对FY-3A/VIRR热红外通道进行交叉定标

针对FY-3A/VIRR传感器定标精度有限,且场地定标机会有限的问题,介绍了利用高精度的TERRA/MODIS 31通道对FY-3A/VIRR 红外4通道进行绝对交叉定标的方法。选用2013年1、3、和9三个月的卫星数据进行了交叉定标计算,并对交叉定标结果进行的验证。结果表明,VIRR利用交叉定标系数计算的通道亮温与MODIS匹配点处的实测结果具有很好的一致性,绝大多数的亮温偏差在1 K以内。对不同月份交叉定标结果进行的验证表明,交叉定标系数具有普遍适用性。     

基于微波高光谱技术的数据仿真及参数反演研究

发展高光谱微波辐射计对于提升大气参数反演精度具有重要意义。利用微波辐射传输模型mpm93以及BP 神经网络方法分别构建正演上行辐射亮温和反演大气温度廓线的模型,并研究了晴空条件下高光谱微波辐射计反演大气温度廓线的精度。54～58 GHz、64～68 GHz 在氧气吸收波段选取80 个通道作为高光谱通道,基于2015 年5～12 月昆明的探空资料进行正、反演仿真实验。选取微波成像仪/ 探测仪(SSMIS)的9 个温度探测通道进行对比实验,评估分析反演效果。实验结果表明:在大气3～10 km 高度范围内,高光谱通道的反演精度较SSMIS 提高了0.3 ～0.6 K;在0～3 km 高度范围内,反演精度提高了1 K。     

长波红外高光谱成像光谱仪的辐射定标

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。采用自行研制长波红外高光谱成像光谱仪原理实验装置（简称 CHIPED-I）进行验证,用黑体对实验装置进行了两点线性定标,将测量的相对强度转化成目标的绝对辐射亮度谱,采用亮温法算出标定后的亮温光谱。结果表明,这种辐射定标方法用于长波红外高光谱成像光谱仪方法可行,这对进一步分析大气透过率和反演大气中红外活性气体浓度具有实际意义。     

基于高光谱解混的伪装目标识别技术研究

高光谱遥感图像识别技术在伪装目标识别方面具有很大的应用前景。针对高光谱遥感图像中的混合像元和光谱变异问题,提出基于高光谱解混技术的伪装目标识别方法。该方法采用扩展线性混合模型表征高光谱图像中的光谱变异问题,利用超像元分割技术将原始高光谱图像转换为粗细多尺度特征图,对超像元丰度矩阵附加8-邻域空间加权与行约束,以降低噪声和奇异点像元的影响。针对伪装目标空间分布稀疏的特点,在模型中增加丰度矩阵的截断加权核范数作为正则化项,以提高算法精度。实验结果表明提出的方法具有良好的抗噪性和较高的解混精度,可以有效提高伪装目标识别精度。     

激光雷达与高光谱遥感对地立体探测研究

将激光雷达对大气,水体的透视及对地精确测距定位的立体成像探测能力和高光谱技术相结合,发展先进的空、天基对地立体成像综合定量探测系统,是国家对大气、陆地和海洋精确立体综合定量探测的迫切需要,也是遥感技术自身发展进步的要求,激光与地面、水体和大气的相互作用及其在高光谱的遥感响应是空,天基激光雷达和高光谱对地立体成像综合定量探测的核心理论基础和关键科学问题.综述了激光雷达对地探测系统的研究现状和发展趋势.提出了新的基于激光雷达与高光谱遥感的对地立体探测系统.将激光雷达对大气、水体的透视以及对地的精确测距定位与高光谱技术相结合,介绍了该系统的原理方法和特点.从激光雷达和高光谱数字影像的广义大气修正和地形辐射改正,大气光学厚度与程辐射图像的生成,激光雷达的非均匀水体修正和水底地形改正,激光雷达和高光谱与介质以及目标的相互作用,多源数据融合等五个方面阐述了该体系的关键技术及其研究思路.     

成像狭缝对热红外高光谱成像仪接收能量的影响

由于热红外高光谱成像仪的狭缝宽度与成像波长在同一量级,光在其内部传播时能量发生损失而不能全部被探测器像元接收,因此基于几何光学的计算像元能量的方法已不再适用。为了探究能量损失情况,采用时域有限差分方法计算了热红外高光谱成像仪中光聚焦入射狭缝前表面时狭缝后光强的分布,并利用瑞利-索末菲矢量衍射理论得到了远场光强分布,从而分析了不同狭缝宽度、狭缝厚度时能量的损失情况,并搭建了实验装置进行验证。结果表明,随着狭缝宽度增加,能量损失逐步减小,且能量主要是由于狭缝后方光波衍射导致能量不能全部进入后级成像镜头而损失,在狭缝内部损失的能量很少。当狭缝宽度为几十微米量级时,狭缝厚度对能量损失影响不大。     

高分辨率光谱视频采集研究

相比于当前常用的红、绿、蓝三通道成像技术,光谱采集能够提供更多的颜色通道,从而更加精细地反映光源与场景的物理特性,因此可以广泛应用于遥感、材料、医疗、环境等诸多领域.光谱采集技术需要捕获光线在不同时刻和不同空间位置的光谱信息,主要表现在光谱、时间、空间三个维度上的信息获取.传统的光谱采集设备大多采用时序滤波或空间扫描机制记录光谱信息,需要很长的成像时间,因而不能用于光谱视频信息的采集.近年来,伴随着采样理论和电子元器件技术的迅速发展,光谱的视频(动态)采集成为了可能.本文着眼于近年来刚刚起步的光谱视频采集技术,从采集技术的背景和基本原理出发,对于近年来涌现的高分辨率光谱视频采集方法和系统进行介绍,并对于基于直接采集和计算重构的各类技术手段展开讨论,详细阐述这些方法的光学原理、采集理论以及实际系统构建中的问题.此外,本文对各种方法在光谱视频采集中的一些重要性能指标和系统实际运行优缺点进行对比.最后,本文也对光谱视频采集的相关应用与发展前景进行了讨论.