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。     

基于线性渐变滤光片的宽谱段高光谱相机光学系统设计

宽谱段高光谱相机能够更为全面地记录目标的光谱信息，是目前高光谱相机所追求的主要方向之一。然而，宽谱段势必会带来系统的色差和二级光谱过大的问题，从而对成像质量造成影响。因此，基于Buchdahl矢量色散分析方法，提出了一种基于线性渐变滤光片的宽谱段高光谱相机光学系统。该系统为一款焦距为100 mm、F数为5、视场角为14.2°且光谱范围在400～1000 nm内的像方远心透射式光学系统。基于该系统的高光谱相机可在500 km轨道处获得空间分辨率为21.5 m、光谱分辨率为10 nm、幅宽为125 km的图像。像质评价及公差分析结果表明，系统具有良好的成像质量并能够满足加工和装调的要求。传递函数测试结果表明，系统符合实际应用需求。     

基于艇载遥感成像数据的高空间分辨率全色遥感图像仿真

高空间分辨率全色遥感图像在军事侦察、地面监视等领域具有较高的应用价值.为模拟星载全色遥感图像, 提出了一种由艇载遥感成像系统获取的低空遥感图像为数据源的高空间分辨率全色遥感图像仿真方法.首先将低空宽视场图像按典型地物类型进行监督分类, 其次将低空宽视场图像与多光谱图像按不同地物类型分类拟合, 并将多光谱拟合结果合成高空间分辨率全色仿真图像, 最后对高空间分辨率全色仿真图像进行仿真精度评价.相比星载全色遥感图像, 仿真图像同样具备高空间分辨率、全色波段、宽视场等特点.仿真方法可为星载全色遥感图像仿真提供较准确的数据支撑.     

基于视场分割方式的宽视场高光谱成像系统的辐射匹配技术

视场分割方案是实现宽视场高光谱成像的可行途径之一,成像系统除了空间上需要配准外,辐射亮度也需要匹配.本文主要分析宽视场高光谱成像仪的视场拼接技术的辐射匹配原理和匹配要素,简要介绍了实现途径,通过该途径,成功地实现了一种机载高光谱成像仪的视场拼接,给出了该宽视场高光谱成像仪的飞行试验结果,试验显示辐射匹配结果良好,通过光谱曲线的对比,精度在系统误差范围内.     

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。     

基于ADDI17004的星载高光谱成像仪图像处理系统设计实现

为解决目前遥感成像领域对大幅宽、高空间分辨率遥感光谱相机需求,研制了一套适合航天应用的高空间、光谱分辨率、高可靠性的星载高速成像光谱仪图像处理系统,它采用多片四通道并行处理ADC芯片ADD17004,具有体积小、功耗低的优点,该设计为我国遥感高光谱相机在航天遥感领域进入领先行列提供了技术支撑,也为进一步开展商业遥感领域高分 辨项目提供了有益的借鉴。     

面阵凝视声光光谱成像技术及其轻小型无人机载应用探讨

近年来,轻小型无人机载光谱成像技术因航线自由,使用成本低等诸多优势在光谱遥感技术领域成为研究热点并得到广泛重视。基于面阵凝视的新型声光光谱成像技术的成熟运用为轻小型无人机遥感技术注入了新的活力。首先介绍了面阵凝视光谱成像技术途径,然后结合月球探测应用对声光光谱成像技术进行了论述。无人机载样机研制完成后开展无人机载应用试验,对试验数据进行分析和评价。最后,对基于声光光谱凝视成像技术的轻小型无人机载应用进行探讨及展望。     

红外高光谱成像仪的系统测试标定与飞行验证

红外谱段是高光谱遥感中非常有用的波段,由于红外波段的能量小、焦平面探测器研制难、红外背景辐射大等原因,红外谱段的高光谱成像系统并不常见,目前仍然处于仪器发展阶段.本文介绍了一台机载热红外高光谱成像仪,它在8.0~12.5μm的光谱范围内可得到180个波段的光谱信息,光谱分辨率优于44 nm,光谱定标精度优于1 nm.仪器观测总视场14°,空间分辨率优于1 mrad,噪声等效温差优于0.2 K@300 K(平均).仪器于2015年5月开展了实验室辐射标定和光谱标定,并于2015年6月在中国浙江舟山开展了飞行试验,获取了指定区域的红外高光谱图像,处理结果表明红外高光谱数据立方体可以有效地反演地表温度和地表辐射率,反演的发射率曲线可以用于地物识别.     

高空间分辨率和高光谱分辨率遥感图像的融合

1 引言 在遥感成像系统的设计中,空间分辨率和光谱分辨率常常不可兼得,因为高光谱成像系统的光谱带宽很窄,必须用较大的瞬时视场(IFOR)才能收集足够多的光量子以维持可接受的信噪     

航天高光谱成像技术研究现状及展望

自1997年8月23日首颗高光谱卫星LEWIS发射以来,航天高光谱成像技术走过了15年的路程,我国在该领域的技术也取得了跨越式的发展。当前我国正按照国家中长期科技规划,努力构建下一代高分辨率对地观测系统,深入全面地总结过去若干年的航天高光谱成像技术发展情况,并分析发达国家的发展计划,对制定我国的航天高光谱成像技术发展战略具有重要意义。从当前的主流高光谱分光技术、应用情况和发展趋势三个方面进行了全面的分析总结,认为民用高光谱成像系统应该朝着宽幅、定量化和应用细分的方向发展;军用高光谱成像系统的发展重点应该是高空间分辨率、宽波段以及快速信息处理技术。     

高精度视轴指向可变角度高光谱成像系统研究

研制了一套高精度视轴指向的可变角度高光谱成像系统,基于对指向镜的复合控制实现了高精度视轴指向和探测角度可变功能,实验室试验获取了高精度视轴指向的多角度高光谱图像,证明了系统方案的可行性。光机结构简单、体积小、重量轻,适合轻小型无人机应用,对多角度高光谱成像技术在林业上的应用具有一定的推广价值。     

轻小型面阵摆扫热红外成像系统研究

研制了一套轻小型面阵摆扫热红外成像系统,采用面阵探测器并结合系统光学元件在翼展方向的摆扫实现了宽视场、高分辨率成像,利用环架反向补偿纠正了横滚姿态扰动导致的视场偏移。通过功能验证试验,获取了视场无偏移的宽视场高分辨率图像。系统光机结构简单,体积、重量优势明显,在轻小型无人机热红外遥感方面应用前景广阔。研究成果对推动无人机载热成像技术向宽视场、高分辨率方向发展具有一定的参考价值。     

面阵航空相机的图像稳定技术研究

航空相机是对地勘查测量获取信息的重要设备,通常采用前向飞行结合翼展方向摆扫的方式来扩大航空相机视场。着眼于扩大视场带来的运动像移问题,进一步严格推导了飞行和翼展两个方向的像移补偿公式,提出了实用性较强的像移补偿方案。基于MATLAB/Simulink环境对像移补偿系统数学建模进行仿真验证,仿真结果证明了该补偿方案的可实现性。在硬件实验中采用FPGA芯片作为核心芯片,实现了设计方案中像移补偿的功能。实验和仿真结果曲线实现了较好的吻合,像移补偿效果图进一步证明了像移补偿是提高航空成像质量和分辨率必不可少的环节。     

基于预测与JPEG2000的高光谱图像无损压缩方法

随着成像光谱仪向着高光谱分辨率、高空间分辨率方向发展,高光谱图像的数据量呈几何级数增长。由于数据传输和存储能力的限制,必须对高光谱图像进行有效压缩。首先,对高光谱图像的相关性进行了深入分析,得知其具有一定的空间相关性和极强的谱间相关性,从而具有较强的可压缩性。其次,结合JPEG2000对DPCM进行了修改,提出了基于一阶线性预测与JPEG2000相结合的无损压缩方案。最后,在软件平台上实现了该方案,并取得了较好的压缩效果。结果表明,该方案可以有效的实现高光谱图像无损压缩,验证了方案的可行性,为硬件平台上实现该方案提供了理论依据。     

彩色大面阵数字航空遥感相机技术的研究

提出了一种以彩色大面阵CCD探测器作为成像介质的大视场数字航空摄影相机设计技术。采用对称Russar型光学系统,在获得了大视场角的同时最大程度的降低了光学畸变;设计了精确的微位移传动系统移动CCD探测器以补偿前向像移,提高了相机的动态分辨率;设计了一种双叶片的中心式机械快门,获得了宽范围的曝光时间控制,保证了探测器的均匀曝光及合适的图像重叠率。地面及空中成像测试中相机的静态分辨率达到了CCD特征频率的要求,获得了清晰的航拍彩色图像,表明相机的各项技术性能满足要求,该相机技术已应用到国土资源的遥感普查中。     

基于SmartFusion的无人机飞行控制系统设计

为了使无人机飞行控制系统具有强大的数据处理能力、较低的功耗、较强的灵活性和更高的集成度,提出了一种以SmartFusion为核心的无人机飞行控制系统解决方案。为满足飞控系统实时性和稳定性的要求,系统采用了μC/OS-Ⅱ实时操作系统。与传统的无人机飞行控制系统相比,在具有很强的数据处理能力的同时拥有较小的体积和较低的功耗。多次飞行证明,各个模块设计合理,整个系统运行稳定,可以用作下一代无人机高性能应用平台。     

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。     

像面干涉成像光谱技术中的复原方法

与传统的干涉成像光谱技术相比,像面干涉成像光谱技术具有高光通量、高光谱分辨率、高目标分辨率等优点。在介绍像面干涉成像光谱技术的基本原理基础上,提出了通过推扫横向剪切分束器对目标进行探测的方法,省去了传统推扫方法中提取物点干涉信息时的图像配准过程。研究了信息处理中去直流项、切趾等预处理问题,分析了相位误差校正方法及各种方法的优缺点。搭建Sagnac型像面干涉成像光谱实验装置进行了光谱重构实验,复原了被测光源的光谱曲线,并复原了探测目标在各个谱段的光谱图像。     

高光谱成像系统在中医舌诊中的应用研究

舌诊是传统中医诊病的重要方法,然而传统舌诊中存在一个很大的问题是具有主观性,难于进行定量化描述.随着计算机技术的发展,图像处理和模式识别技术正在用于舌诊的辅助诊断.目前舌图像的采集方法基本都是使用数码相机,所提供的舌图像包含的病理信息有限,使得分析算法非常复杂且效果不甚理想.针对这种情况,提出使用高光谱成像系统代替数码相机进行舌图像的采集.由于高光谱舌图像具有丰富的图谱信息,初步试验表明了这一方法的有效性,为中医舌诊提供了一种新方法.