机载推帚式高光谱成像仪实现宽视场的技术途径

随着焦平面探测器和分光技术水平的提高,世界上正在运行的高光谱成像仪已可以达到几十至几百个波段,并且有相当高的信噪比和动态范围,具备进入市场化运作的技术基础。但是由于仪器视场角较小所引起的遥感作业效率低等因素却限制了高光谱成像仪的应用范围。本文介绍世界上高光谱成像仪的发展现状和如何扩大系统总视场的几种方案。最后结合目前现有技术基础进行宽视场技术研究进行了初步讨论。     

面阵摆扫型无人机载大视场高光谱成像技术研究

提出了一种面阵摆扫型无人机载大视场高光谱成像技术,控制基于马赛克型滤光片分光的画幅式高光谱相机在翼展方向进行扫描实现大视场、高光谱分辨率成像。进行外场飞行试验,获取了像质清晰的大视场、高光谱分辨率对地观测图像,飞行作业效率为8.64 km2/h,较单相机成像,作业效率提高约3.4倍。系统光机结构简单,体积、重量优势明显,在无人机高光谱遥感方面应用前景广阔。研究成果对推动无人机载光谱成像技术向大视场、高光谱分辨率方向发展具有一定的参考价值。     

高光谱遥感大气辐射校正技术的研究

为满足高光谱遥感图像定量化解译的需求,针对现有大气校正方法面临的大气参数不同步问题,对基于大气参数空间同步获取的大气辐射校正技术进行了研究。首先总结了利用卫星搭载专用大气辐射校正载荷,同步提供大气校正参数与地表反射特性的方法,从根本上解决辐射传输模型中的大气参数难以同步获取的问题。其次结合国外在轨运行的高光谱遥感卫星的调研结果,在大气校正载荷的设计—尤其是谱段选择和优化方面对载荷系统的方案特点和技术指标进行了归纳。并选取EO-1 Hyperion高光谱遥感图像进行了大气校正,从校正前后图像的视觉效果、光谱特性、典型地物的分类识别效果三方面分析了大气校正对高光谱遥感定量化应用性能的提升。最后对大气辐射校正技术的发展前景进行展望。     

宽光谱、大视场小畸变望远系统设计

设计了一个应用于成像光谱仪的望远系统,针对成像光谱仪的特点,由前置望远镜及后置光谱仪组成。前置望远系统的参数以及成像质量对整个成像光谱仪应用显得非常重要。设计了一个谱段范围1～2.5 m、视场为28.10.3、相对口径为1/4、焦距长度为60 mm的望远系统。系统在谱段1～2.5 m宽谱段范围内通过玻璃的匹配校正了色差及二级光谱,畸变控制在0.2%以内,很好地保证了与后续光谱仪的对接,此设计可用于航空领域进行大视场、高分辨率成像。     

用于高光谱成像仪的大视场离轴三反系统设计

大视场、高分辨力星载高光谱成像仪已成为空间遥感的迫切需求,要求其望远系统在宽视场内具有高空间分辨力。在共轴三反系统的几何光学成像理论基础上,研究了用于高光谱成像仪的大视场离轴三反消像散(TMA)望远系统的设计问题,编制了初始结构计算程序,采用视场离轴方式,设计了一个波段范围0.4～2.5μm、焦距360 mm、相对孔径1:4、线视场11.42°的离轴三反望远系统,其主镜为6次非球面,次镜和三镜为二次曲面,考虑到市售探测器的限制,提出了视场分离的分光方法,在离轴三反系统的焦平面附近加一个刀口反射镜实现视场分离。在奈奎斯特空间频率28 lp/mm处,调制传递函数大于0.75,成像质量接近衍射极限。     

一种宽波段大视场红外辐射探测器

1 概述 对于宽波段红外探测,高性能的光子探测器因受到波段的限制而较少被应用;一般都采用热探测器。常规的热探测器主要有热敏电阻探测器和热电堆探测器等。本文介绍一种新型     

应用幸运成像技术的宽视场自然目标高分辨率成像

大口径地基望远镜的成像分辨率严重地受限于大气湍流,尤其对于宽视场成像。在宽视场成像中,由于大气湍流的影响,点扩散函数远远不满足位置不变性,呈现出局部变形和运动模糊的综合效应。传统的短曝光成像方法不能适应宽视场目标成像,幸运成像技术能够通过分块选取-配准叠加得到分辨率较高的输出图像。主要描述了自然目标的宽视场成像观测,并从不同分块数目和选取比例两个方面对图像进行了事后处理。实验结果表明,4×4矩形的图像分块方法在中等湍流条件下能够获得较好的效果,而在较好的照明条件下选取最好子图进行配准输出对于宽视场成像观测更为合适。     

外视场拼接的单镜头大视场中波红外成像系统的实现

基于外视场拼接原理,研制一套大视场中波红外原理样机。设计一制冷型中波红外光学系统。采用光学系统出瞳与冷屏重合的二次成像结构形式,保证系统具有100%冷光阑效率。工作波段为3.7~4.8μm,焦距为40 mm,相对孔径为1:2,全视场角为21.74°×17.46°(27.88°),系统总长145 mm。采用孔/反射镜分时成像的外视场拼接,实现2×1视场扩展。设计结果表明:在空间频率21 lp/mm处,轴外视场MTF>0.68,接近衍射极限。系统结构紧凑,成像质量较高。利用原理样机完成可行性和合理性验证。     

轻小型宽谱段紫外高光谱成像仪光学系统设计

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机载成像光谱仪图像边缘辐射校正的研究

通过对国产高光谱仪OMIS－I系统的数据进行分析，发现由于地物的二向反射分布等因素的影响图像边缘部分与中心部分的相同地物光谱曲线发生了变化，表现在彩色合成图像上相同地物呈现不同色调，经过对数据深入分析研究后，提出了一种空间参数拟合的直方图匹配方法，并用VC＋＋语言编程实现，取得了很好的效果。     

PHI高光谱图像的大气校正算法

从高光谱遥感图像中提取较为精确的定量信息,大气校正是必不可少的步骤.本文在应用大气辐射传输模型对高光谱遥感数据进行大气模拟的基础上,研究并发展基于遥感影像信息的经济、有效的大气辐射校正和反射率反演算法.该算法可以根据遥感图像有效地估计大气中气溶胶的空间分布,并分析交叉辐射的影响,进而对其进行大气辐射校正和反射率反演.通过对几景PH I高光谱遥感图像的校正试验,表明了这种算法的有效性.     

基于Hausdorff距离的图像匹配技术

文中给出一种新的点匹配方法，这种方法对从传感器图像中抽取的点与从参考图像抽取的图像点进行匹配。点匹配算法要求挫个点集之间得到仿射变换，这种变换使得一个点集到另一个点集的距离最小。     

基于背景残差数据的高光谱图像异常检测算法

针对高光谱图像微小目标检测中存在的严重背景干扰问题,提出了一种基于背景残差数据的非线性异常检测算法.首先利用提取的背景光谱端元对图像各像元进行光谱解混,实现了目标信息和复杂背景信息的分离;接着将含有丰富目标信息的解混残差数据非线性映射到高维特征空间,可以充分挖掘高光谱图像波段间隐含的非线性信息,并在特征空间利用RX算子完成目标的检测,从而在抑制大概率背景信息的基础上有效地利用了高光谱图像波段间的非线性统计特性.为了验证算法的有效性,利用真实的AVIRIS数据进行了实验研究,并与经典RX算法、未抑制背景的特征空间核RX算法的检测结果相比较,结果表明基于背景残差数据的检测算法具有良好的检测性能和较低的虚警,且运算复杂度较低.     

基于光谱解译的高光谱图像奇异检测算法

奇异检测是高光谱图像的重要应用之一.针对目前研究中存在的问题,提出了一种新的基于光谱解译的奇异目标检测算法,用于高光谱图像处理.该算法利用光谱解译技术有效地实现了目标信息和复杂背景的分离,很好地抑制了背景对检测的干扰.解译后的误差数据仅包含丰富的目标信息且更好地服从高斯分布.利用主成分分析对解译误差数据进行变换,根据高阶统计量,定义局部平均奇异度来选择对于奇异检测最有效的主分量,并利用RX算子完成最终检测.为验证算法的有效性,利用真实的AVIR IS数据进行了仿真实验.结果表明该算法能够较大地改进经典RX算法的检测性能.     

基于多特征多分辨率融合的高光谱图像分类

由于数据维数高,利用高光谱数据对地物进行分类,常规方法难以获得令人满意的结果,在基于小波多分辨率融合方法进行特征图像的提取过程中,提出了利用多个空间特征所构成的特征矢量确定多分辨率融合权值的算法,有效地降低了原始图像的数据维并获得了用于后续分类的特征图像．对AVIRIS数据进行的实验表明,利用新方法提取的特征进行分类,获得了高于传统方法确定融合权值的结果。     

基于积分方程的阵列信号的反演方法

本文将收敛速度快的变形玻恩迭代法(DBIM)结合数值模式匹配法(NMM)用于实际工程中的阵列感应成象仪(AIT)的测量信号的反演和剖面成象。在反演迭代过程中,利用NMM解的z向解析性质,避免了双重数值积分,提高了计算效率,同时也提高了反演质量。文中利用不完备的测量数据对AIT进行了反演,表明该方法非常适合实际工程应用。     

一种基于空间连续性的高光谱图像分类方法

利用地物在空间上分布连续性这一信息,提出了一种高光谱图像先分块、再分类的分类方法,改进了通常意义下的分类只考虑光谱信息这一缺陷,通过对2000年我们在日本长野南牧村,采用上海技术物理研究所研制的推扫式成像光谱仪(PHI)获得了80个波段的高光谱数据进行实验,验证了我们算法的优越性．     

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.     

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.