约束最大相关系数的高光谱影像目标探测研究

高光谱遥感影像具有高的空间分辨率和连续的光谱信息,在目标探测领域具有独特的优势。基于高光谱影像的目标探测技术是遥感理论与应用的重要领域之一。本文从统计学中的相关系数的概念出发,提出了基于约束最大相关系数的高光谱影像目标探测算法。利用高光谱影像的线性混合模型,在真实图像中添加目标光谱,获得不同含量的亚像素目标及大目标,利用实验室高光谱成像仪对大目标进行推扫成像获取真实大目标高光谱影像。对仿真图像与真实图像进行约束能量最小化算子和约束最大相关系数算子进行对比,实验结果表明,基于约束最大相关系数的高光谱影像目标探测算法在探测大目标中具有更稳健的探测性能。     

基于LCTF的大幅面高分辨率多光谱仪光学系统设计

将液晶可调滤光片（LCTF）应用到真彩色多光谱图像采集中,设计了一款大面阵、高分辨率、轻小型的多光谱成像系统。系统利用LCTF 空间分辨率和光谱分辨率高、波长选择灵活、调谐时间短等特点,可实现幅面大小约210 mm148 mm,分辨率达到350 ppi 的多光谱图像采集,工作谱段为420~720 nm,光谱分辨率为10 nm。结果表明,该成像系统在空间频率为91 lp/mm 时,31 个波段处轴上0 视场和轴外1.0 视场的传递函数均0.30,全视场畸变0.1%,成像质量良好,可用于大面阵、高分辨率多光谱图像的采集与分析。     

基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别算法

提出了一种基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别新算法．根据目标、背景和干扰物的红外多光谱特征信息(辐射强度、光谱分布)构造出目标场景的红外多光谱特征矩阵；采用最大距离法分割图像，融合空间和光谱信息重构出研判目标的红外多光谱特征矩阵；根据研判目标的光谱辐射差异特性建立了红外多光谱图像相关识别准则．实验表明，该识别算法正确可行．     

基于人工靶标的多光谱遥感图像真彩色合成

多光谱真彩色合成图像在遥感图像解译判读、目标识别和信息处理等领域具有广阔的应用前景。真彩色合成技术取决于获得准确的X、Y、Z三刺激值，以建立相机RGB三基色体系与人眼视觉颜色体系之间的关系。为此，提出了基于彩色目标光谱信息的多光谱图像真彩色合成方法，通过在卫星过顶时铺设人工靶标，利用实测的靶标反射率光谱，计算相机三基色体系RGB与人眼视觉颜色体系CIE-XYZ之间的转换矩阵，构建适用于一定大气条件下的真彩色校正模型。利用高分一号卫星多光谱图像进行真彩色校正实验的结果表明，该方法对色彩丰富度不同的图像均具有较好的颜色校正效果。     

基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究

对目标的实时探测与识别是当前干涉式红外成像光谱仪领域研究的热点问题,而光谱仪实时光谱复原是有效解决该问题的前提。利用可见光相机模拟干涉仪而得到干涉图信号,利用高速大容量FPGA芯片设计了一种干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原系统。系统主要由干涉图数据预处理、实时光谱复原以及光谱显示等模块组成,以流水线方式运行,能够实时输出目标的光谱信息,具有运算速度快、体积小、便于算法升级等优点,为光谱仪对目标的实时探测与识别研究奠定了良好的技术基础。     

航天高光谱遥感应用研究进展(特邀)

近年来随着高光谱成像技术的快速发展,航天高光谱遥感数据在各领域应用研究中取得了良好的发展与突破。文中回顾了国内外航天高光谱成像技术的发展历程,介绍了有代表性的航天高光谱成像仪的主要应用技术指标,较为系统地总结和分析了近五年来航天高光谱遥感数据在国土资源、农林遥感、海洋湖泊遥感、城市环境、灾害监测及其他方面等各领域的最新应用研究进展。对基于AI技术的高光谱信息提取与应用、基于高光谱遥感的多源数据融合与应用以及面向深空探测领域的高光谱数据分析与应用等发展趋势做了展望,未来航天高光谱成像仪技术的进一步突破和应用研究需求的牵引将会推动高光谱应用领域更大范围的创新与发展。     

基于轻小型无人直升机平台的高光谱遥感成像系统

设计并实现了一套基于轻小型直升无人机的高光谱遥感成像系统。该系统包括高光谱成像,采集存储,姿态和位置测量及地面监视控制等部分。在烟台和扬州分别进行了两次飞行实验,获取了高分辨率的高光谱数据。分析了该系统在无人机平台上工作的性能。对实验数据分析后,发现平台姿态和位置的变化对地物目标的光谱信息无明显的影响,但对几何特性有明显影响,实验中平台的振动导致图像在横向有4个像元的抖动。最后利用POS数据对图像数据进行了几何校正,并分析了校正误差的来源。     

小型高光谱图谱仪与激光雷达及其海洋应用

海洋是地球生态环境的重要一环,但人类对海洋资源的勘探和开采容易对其造成严重破坏,如油气开采过程造成的大面积溢油、污染和赤潮爆发等。高光谱成像技术可以同时获取图像信息与高分辨光谱信息,在海洋原位探测上具有重大应用。文中综述了小型高光谱图谱仪与激光雷达及其在海洋应用上的部分近期工作。小型高光谱图谱仪结合荧光技术,实现了溢油种类的分类和油膜厚度的估计。多模式高光谱海洋原位探测系统可以工作于普通反射或透射成像、望远成像、显微成像三种模式,实现了海洋不同藻类及鱼类传染病载体孢囊的高光谱探测。高光谱技术结合激光雷达技术在溢油、赤潮等海洋污染物监测方面具有很大潜力。非弹性高光谱沙姆激光雷达系统通过油品的荧光光谱实现了海洋溢油油品的遥测鉴别。形貌沙姆激光雷达系统基于二维沙姆成像原理,通过空气-水界面折射矫正,成功的对人体、贝壳、珊瑚等进行了三维形貌重构,近处恢复精度可达毫米级,表面纹路清晰可见,为海洋监测应用提供了新的技术支持。     

组合沃拉斯顿棱镜组的目标偏振检测方法

为了提高静态偏振光谱成像系统光谱分辨率并获得更好的目标识别能力,设计了正交组合沃拉斯顿棱镜组结构,配合静态相位调制技术完成了目标的偏振光谱成像。该技术采用了多级棱镜组合的方法在不扩大原有静态干涉棱镜尺寸的条件下扩大了空间光程差变化范围,从而提升了静态光谱分辨率。通过相位调制与图像周期性匹配的方法完成了二维图像与光谱分离。仿真分析了结构尺寸与调制度对光谱分辨能力的函数关系。实验采用计算模拟验证了二维图像与光谱分离的可行性。在晴天与阴天两种不同状态下,测试了30.0 cm铝板目标的信号对比度,采用偏振光谱成像并完成数据提取的测试结果均值为53.4%和49.3%,而基于强度图像的测试结果均值为24.4%和14.1%。文中设计可以改善目标识别效果,提高光谱分辨精度。     

全视场非扫描超光谱成像系统研究

研究了一种新型超光谱成像系统,系统中采用光纤变维器,使该系统不需进行线扫描就能获得全视场目标景物的二维图像以及相应光谱信息.系统中没有扫描移动部件,能够实现对瞬变目标景物拍摄像和光谱.模拟实验表明,该全视场非扫描超光谱成像系统能够达到要求的光谱分辨率（Δσ＝100 cm^-1）.     

基于LCTF成像仪的光谱反射率测量研究

目标物体的光谱反射率是水下光谱检测中重要的物理特性。复杂的水下环境,尤其是浑浊水体对光有较强的吸收与散射作用,增大了光谱探测的难度。文中在比对测量法的基础上,提出了引入黑、白板对测量结果进行矫正的光谱反射率探测方法。利用基于液晶可调谐滤光片的水下光谱成像仪快速稳定地采集多浊度、多光照条件下的光谱图像数据。数据分析结果证明了浊度增加会使得黑、白板的像素响应比值非线性增加,尤其在400~500 nm范围内。且基于黑白板的光谱反射率探测方法可以有效去除水体散射对光谱反射率重建的影响,使得不同浊度条件下得到的目标物光谱反射率最大绝对误差为5.3%。     

基于压缩感知的液晶可调谐滤波器光谱快速采集方法

为提高液晶可调谐滤波器(Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF)的光谱采集效率,提出了一种适用于LCTF光谱成像系统的快速采集方法,设计构建了更加完善的观测矩阵,在压缩感知理论框架内实现了光谱超分辨率重建,并通过实验验证了该方法的可行性.实验结果表明,在采样率为18.08％(采样步长30 ...     

基于包围盒约束光谱聚类的红外目标识别算法

在红外成像过程中,目标边缘模糊化是影响红外目标识别效果的关键因素,也是红外目标识别算法的研究重点,故在光谱图像中合理补偿目标几何特征信息成为研究热点之一。结合包含目标几何特征信息的包围盒作为约束条件,对红外光谱图像进行分层限定滤波,降低原有图像数据中目标几何外形数据的丢失,提高目标可识别性。设计了在包围盒约束条件下的光谱聚类算法,设置参数η表征待测军用车辆目标的几何信息,设置参数m表征待测军用车辆目标的光谱特征信息。实验采用TEL-1000-MW型红外成像光谱仪获取多光谱图像,通过改变m和η值调整光谱特征值个数与包围盒范围,从而获得不同的目标识别图像。并与传统方法对同一幅红外目标图像的识别效果相比较,结果发现采用包围盒约束的待测目标图像几何边界信息保留效果明显优于传统方法,当m=10、η=0.7时,红外图像的目标识别效果最好,同时算法收敛速度也最优。由此可见,该算法在提高红外目标识别能力、避免误判伪目标和漏检目标方面具有很高的实用价值。     

用于月球矿物探测的LCTF成像光谱仪热控系统设计

LCTF 成像光谱技术是近年来快速发展的一种成像光谱技术,具有光谱分辨率高、谱段范围宽、质量轻等诸多优点,在月球矿物探测高光谱成像遥感器中具有独特的优势。LCTF 中液晶材料温度变化会引起双折射率偏差变大,从而影响LCTF 光谱仪成像质量。通过对光谱仪工作环境的热分析,综合考虑光谱仪的工作模式及各部件工作温度要求,设计了LCTF 光谱仪热控系统。仿真结果表明,该热控系统能较好地满足设计要求,使LCTF 光谱仪清晰成像,为月球矿物探测做好硬件准备。     

基于LCTF的艇载多光谱CCD相机的光学系统设计

提出了一种基于液晶可调谐滤光片(LCTF)多光谱CCD相机光学系统设计方案,该光学系统焦距60 mm,F数为3.5,谱段范围400～720 nm,视场角16.6°.采用前置扩束光学系统获得满足液晶可调谐滤光片孔径、视场角要求的光束,后继成像系统采用双高斯型结构,像质分析表明,此设计能够满足使用要求,在谱段范围内,16个波段都能清晰成像,满足实际工程需要.     

基于像素偏振片阵列的实时水下目标成像技术

借助偏振成像可以增强水下目标的探测效果。传统的偏振成像方法需要光学检偏器的机械转动来实现,这限制了其在水下的实时探测性能。采用基于像素偏振片阵列图像传感器开发的相机设计了一种水下实时成像系统。系统通过阵列上排布的四向微偏振片一次性捕获四向偏振图像,从而全局估算背景杂散光的偏振角和偏振度。然后利用偏振信息反解得到杂散光光强,最后借助水下成像物理模型得到去散射后的目标增强图像。实验结果表明,将像素偏振片阵列图像传感器应用到水下成像能够有效增强水下图像的对比度,且成像处理过程实时快速,进一步提高了水下目标的探测效率。     

MCR-YOLO model for underwater target detection based on multi-color spatial features

Within the fields of underwater robotics and ocean information processing, computer vision-based underwater target detection is an important area of research. Underwater target detection is made more difficult by a number of problems with underwater imagery, such as low contrast, color distortion, fuzzy texture features, and noise interference, which are caused by the limitations of the unique underwater imaging environment. In order to solve the above challenges, this paper proposes a multi-col...     

激光水下距离选通成像门控实验研究

激光水下距离选通成像系统要想获得有效的目标图像,必须精确地给出合适的触发信号和控制接收器ICCD的门控延迟时间和选通门宽等门控参数。针对这一关键问题,设计了不存在成像距离盲区的激光器电源提供源触发信号的外触发方式,并应用二分查找的方法确定成像系统的门控参数,利用实验确定的门控参数,获得了5至23m水下不同深度的有效目标激光图像48张。获取的水下激光目标图像的信噪比可达10dB以上,可满足目标探测的实际应用要求。     

用于海洋宏生物原位观测的水下激光雷达相机

海洋宏生物原位“观”和“测”对于海洋生态环境、海洋生物资源和海底矿产资源的研究和评估具有重要的意义。目前用于海洋宏生物原位观察的传统水下摄像机存在目标辐射特性、水体光散射、距离信息丢失等导致的低对比度目标探测难的问题。针对此,提出了水下激光雷达相机,可以兼顾并超越传统激光扫描雷达与摄像机复合的技术方案,利用单一系统同时获得百万像素高对比度的二维强度图像和高分辨率的三维图像,且二维图像中的像素和三维图像中的体素一一对应,并介绍了基于该技术研制的“凤眼”系统,其光立体采样区体积可调,距离分辨率优于1 cm,像素数为1360×1024。自2018年起,“凤眼”在我国南海海域进行了4个航次的海上试验,获取了海底宏生物及微地形地貌图像,最大工作深度达到3 291 m。