一种移动背景下的污染气体遥感探测算法

作为一种有效的大气污染气体遥感探测识别手段,傅里叶变换红外光谱仪已经得到越来越广泛的应用。当污染气体与背景存在温差时,红外光谱就能反映出污染气体的吸收或发射特征。利用布鲁克公司的OPAG 22型光谱仪采样得到2048点的干涉图,当采用合适的信号处理算法时,可以在不需要预先测量背景的前提下直接分析干涉图得到污染气体的特征信号。本文介绍的快速背景扣除算法在污染气体的特征峰是单峰、多峰等情况下都能快速有效地扣除掉低频背景信号,检出目标特征。这一方法为快速移动背景下的污染气体探测识别研究提供了一个快速简便的方法。     

弱信号亮温光谱的污染气体快速识别算法

基于被动傅里叶变换红外光谱仪设计开发了一种新的快速气体识别算法, 利用改进的动量梯度下降法对实测 的亮温光谱进行快速的光谱拟合。该方法不需要预先测得背景光谱, 能直接从实测光谱中扣除大气气体和天空等背 景的干扰, 在提取出污染气体成分以及浓度的同时, 能实时得到大气中主要气体的浓度程长积, 此方法适用于低空背 景下弱信号的污染气体识别分析。     

基于干涉图分析的大气污染气体探测

为使被动傅里叶变换红外光谱仪能在移动状态下进行大气污染气体的探测,研究了一种对干涉图进行滤波的信号处理算法.该算法通过选择合适的传统滤波器除去干涉图上多余的信息而保留与目标探测气体的特征峰有关的信息,达到识别的效果.结果表明利用该算法对干涉图进行处理可有效地识别污染气体.由于该算法不需要获得背景光谱,从而实现被动傅里叶变换红外光谱仪在移动状态下进行污染气体的探测.     

利用仿真技术从红外光谱中反演污染气体浓度的研究

;作为一种有效的大气污染气体遥感探测识别手段,傅里叶变换红外光谱仪已经得到越来越广泛的应用.当污染气体与背景存在温差时,红外光谱就能反映出污染气体的吸收或发射特征.目前,已有越来越多的人利用被动式傅里叶变换红外光谱仪进行大气污染气体的探测识别研究,而且也发展了许多由光谱提取目标信号的算法,但是这些方法大多是仅针对污染气体的定性研究的.利用仿真方法可以快速简便地计算出污染气体的浓度程长积,并可实现对遥感红外光谱的定量分析,且误差较小.     

星载EMI在轨光谱定标方法研究

于2018年5月9日搭载高分五号卫星发射的大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)为紫外可见波段高分辨率成像光谱仪.为考察其在轨光谱性能,首先采用波长寻峰法即以太阳Fraunhofer线作为特征峰以快速获取载荷的光谱范围,然后采用谱线匹配法获取载荷空间维度的光谱弯曲值,最后采用光谱拟合法获取光谱分辨率的变化.寻峰法通过与标...     

基于背景扣除法消除土壤基底中Al元素干扰的LIBS实验研究

土壤中重金属的污染严重影响了农业和食品安全，因此，对重金属污染的高效、准确的检测是目前亟需解决的问题。采用激光诱导击穿光谱技术（Laser induced breakdown spectroscopy，LIBS）对土壤中Ni元素进行定量分析时发现，土壤中波长为373.68 nm的Ni元素的特征峰会受到Al元素在373.39 nm处谱线的影响，因此，将纯铝基底土壤光谱与压片土壤光谱进行了对比测量。提出了以纯Al作为基底，采用纯Al基底谱线扣除土壤背景中Al元素谱线的方法，来消除土壤背景中Al元素对Ni元素干扰，该方法被称为背景扣除法。实验确定了两种土壤样品的最佳延迟时间均为1.0 μs，透镜到样品的距离（Lens to sample distance，LTSD）分别为97 mm和96 mm。采用内标法对两种土壤样品中的Ni进行了定量分析，得到纯Al基底土壤样品中Ni元素的定标曲线拟合效果较好，相关系数R2为0.997，最大标准偏差（Relative standard deviation，RSD）为4.34%，采用基底背景扣除法后的纯铝基底土壤样品中Ni元素检测的相对误差降低到4%。实验结果表明:采用LIBS技术对土壤中重金属元素含量测量时，在元素特征谱线有限的情况下，为避免谱线干扰，提高检测精度，采用背景扣除的方法能够有效消除元素间的谱线的干扰。     

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪数据的定标处理与存储方式研究

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪搭载于太阳同步轨道卫星,用于获取紫外至可见波段的高光谱遥感数据,可定量监测全球痕量气体分布、变化及输运过程。为满足大量实时遥感数据的读写功能,并实现载荷数据的快速有效查找与读取要求,选择HDF5数据格式存储大气痕量气体差分吸收光谱仪获得的遥感数据。为测试数据的有效性,基于载荷在实验室获取的0级测试数据,通过暗背景扣除、增益修正、光谱定标与辐射定标等处理,获得1级遥感数据,并将其成功写入HDF5文件中,从而为载荷入轨后的处理提供数据支持。     

一种气体的微弱红外光谱特征提取方法

被动傅里叶变换红外遥测技术可以测量大部分污染气体,亮温光谱法能够在无需背景信息的前提下实现目标特征提取与识别。在野外进行实测时, 存在背景物体辐射、大气中成分辐射、仪器噪声等信号。当目标信号弱于这些信号时,亮温光谱法难以直接从实测光谱中提取目标特征。针对这一问题,提出了一种基于非负矩阵分解的光谱特征提取方法,在被动红外遥测模型基础上,通过对整个亮温光谱进行分析,得到目标光谱特征。实际测量以SO$_2$为目标气体进行野外实验,对该方法进行了验证,结果表明,在目标信号较弱的亮温光谱中仍然能够提取到SO$_2$的光谱特征,证明了方法的有效性。     

线阵CCD紫外光谱仪的波长定标研究

波长定标的精度是衡量光谱仪的重要 指标之一。鉴于其重要性,研究了线阵电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)紫外光谱仪的波长定 标,并完整地给出了一种波长定标方法(包括噪声扣除、谱 峰定位和波长拟合三部分)。针对暗噪声影响光谱信号的问 题,提出了一种利用非曝光像元扣除暗噪声的方法;针对谱峰漂移 的问题,提出了一种基于权重窄窗差分的谱峰定位方法;针对单一光 源特征谱线数量不足的问题,提出了一种多波段波长拟合方法。实 验结果表明,本文方法的波长定标精度在0.6 nm之内,关键波长点 上的定标精度在0.01 nm之内,具有定标精度高、复杂度低等优 点,因此可用于紫外光谱仪的波长定标。     

乙炔气体浓度的TDLAS在线监测

介绍了利用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术实现乙炔浓度在线监测的研究。该系统通过复合调制信号调制近红外分布反馈式二极管激光器（DFB LD）作为光源,光纤耦合器将激光分为两束,分别通过0.5 m封闭短光程气体吸收池和参考光路,双路接收采集含有气体浓度信息的测量光信号和参考光信号送后级处理,应用快速傅里叶变换（FFT）得到含有气体浓度信号的各次谐波检测分量,实现乙炔浓度信息反演,其中多次平均、数字滤波及背景扣除等数字信号处理技术被用于提高系统信噪比。通过理论分析和试验系统实验证明,该系统在软、硬件上的设计可以满足乙炔气体的在线监测,且系统体积小,光路调试和标定简单,便于实际应用。     

基于四叉树分解方法的伪装网光学隐身性能评价

伪装网是军用车辆、掩蔽部等常用的一种静态伪装装备,本文采用基于四叉树分解的计算机建模方法对其伪装效果进行评价,通过对户外试验采集的实际图像进行计算机处理,利用四叉树分解结果自动识别出目标位置,并根据面积加权算法对军用车辆的热红外温度特征进行估计,比较采用伪装网前后的目标特征,对伪装网性能进行了定量估算.结果表明,试验使用的伪装网在一定的时间内可以有效地降低军用车辆表面的红外辐射特征,基于四叉树分解的算法能够迅速并有效地评价伪装网的伪装性能.     

基于空-谱特征K-means的长波红外高光谱图像分类

高光谱图像(hyper spectral imagery,HSI)分类已成为探测技术的重要研究方向之一,同时也在军事和民用领域得到广泛运用。然而,波段数目巨大、数据冗余、空间特征利用率低等因素已成为高光谱图像分类的挑战,且现有的高光谱分类大多利用可见光或短波红外高光谱数据分类。针对这些问题,本文提出了一种基于光谱和空间特征的K-means分类方法。首先提取空间特征,然后将光谱与空间特征相结合并降维,最后引入K-means算法得到较普通K-means更佳的分类结果。并将此算法运用在长波红外的高光谱图像分类中。     

自适应结构化背景和形状特征子空间高光谱图像多类目标检测

针对高光谱图像中目标形状特征已知,背景和目标光谱特征未知时的多类小目标检测问题,给出一种检测算法.通过高光谱图像数据样本二次型的高阶矩控制点扩散函数,获取自适应结构化背景;然后,利用目标形状先验信息构造形状特征子空间,在高维光谱特征空间实现形状特征子空间匹配检测.理论分析和实验结果表明该检测器可同时有效检测具有不同形状特征的多类目标.     

高光谱遥感图像端元提取的零空间光谱投影算法

端元提取技术是高光谱遥感图像光谱解混的关键.在线性光谱混合分析中,首先引入了高光谱遥感图像经过零空间光谱投影后具有单形体的凸不变性.在此基础上,提出了零空间光谱投影算法,通过设计各种度量和准则,制定不同的单次端元提取策略,灵活地实现算法.经过证明,零空间光谱投影算法是对基于子空间投影距离算法(包括零空间投影距离算法与经典正交子空间投影算法)的进一步延伸,提供了更多的端元提取策略.实验结果表明,零空间光谱投影算法在模拟图像以及真实高光谱遥感图像中都能够有效地提取出图像中的各种端元.     

中波红外土壤含水量的光谱偏振特性

考虑到中波红外偏振遥感受大气干扰影响较弱,将其应用于土壤含水量监测具有独特的优势和重要意义。采用中波红外光谱偏振探测手段,对不同含水量的土壤表面进行了观测,结果表明,含水土壤表面自身热辐射的偏振特性很弱,其偏振特性主要是由太阳光反射所引起,并在太阳光较强的波段上,土壤表面的偏振度与土壤含水量存在单调递增关系,为土壤含水量的航空和卫星中波红外偏振遥感技术发展提供了科学依据。     

一种基于加权稀疏编码的频域视觉显著性检测算法

 针对现有的基于频域的视觉显著性检测算法检测准确度不高的弱点,本文提出了一种基于加权稀疏编码的频域算法,旨在提高检测准确度的同时保持频域算法运算速度快的优势.在传统的稀疏编码算法基础上,本文根据各子码的增量编码长度来设置它们的权重,实现对图像的加权稀疏编码而不是直接对原始图像进行处理.最后,为了处理多维的稀疏编码信号,本文利用信息论的思想对最新发表的图像签名算法进行了多通道改进,以香农自信息的形式输出图像的显著性检测结果.在公开的人眼跟踪数据库上同9种流行算法的实验对比和对算法复杂度的分析证明了本文算法的有效性和快速性.     

基于ARM的通用USB认证器设计

近年来,随着电子商务和电子政务的迅猛发展,数字签名和认证技术得到了广泛关注。充分考虑了加密算法、工作平台和密钥生成这3项衡量安全信息安全系统的基本准则。应用RSA和MD5算法,提出了一种新的认证设备的设计,该设备能够实现对数字文件的签名、保障信息传输具有完整性和不可抵赖性。     

HgCdTe focal plane arrays for dual-color mid- and long-wavelength infrared detection

Raytheon Vision Systems (RVS, Goleta, CA) in collaboration with HRL Laboratories (Malibu, CA) is contributing to the maturation and manufacturing readiness of third-generation, dual-color, HgCdTe infrared staring focal plane arrays (FPAs). This paper will highlight data from the routine growth and fabrication of 256×256 30-μm unit-cell staring FPAs that provide dual-color detection in the mid-wavelength infrared (MWIR) and long wavelength infrared (LWIR) spectral regions. The FPAs configured for MWIR/MWIR, MWIR/LWIR, and LWIR/LWIR detection are used for target identification, signature recognition, and clutter rejection in a wide variety of space and ground-based applications. Optimized triple-layer heterojunction (TLHJ) device designs and molecular beam epitaxy (MBE) growth using in-situ controls has contributed to individual bands in all dual-color FPA configurations exhibiting high operability (>99%) and both performance and FPA functionality comparable to state-of-the-art, single-color technology. The measured spectral cross talk from out-of-band radiation for either band is also typically less than 10%. An FPA architecture based on a single-mesa, single-indium bump, and sequential-mode operation leverages current single-color processes in production while also providing compatibility with existing second-generation technologies.     

An adaptive filtering approach to spectral estimation and SARimaging

We present an adaptive FIR filtering approach, which is referred to as the amplitude and phase estimation of a sinusoid (APES), for complex spectral estimation. We compare the APES algorithm with other FIR filtering approaches including the Welch (1967) and Capon (1969) methods. We also describe how to apply the FIR filtering approaches to target range signature estimation and synthetic aperture radar (SAR) imaging. We show via both numerical and experimental examples that the adaptive FIR filtering approaches such as Capon and APES can yield more accurate spectral estimates with much lower sidelobes and narrower spectral peaks than the FFT method, which is also a special case of the FIR filtering approach. We show that although the APES algorithm yields somewhat wider spectral peaks than the Capon method, the former gives more accurate overall spectral estimates and SAR images than the latter and the FFT method