傅里叶变换光谱成像仪光谱传递函数研究

根据光学传递函数理论,定义了光谱成像仪的光谱传递函数. 针对基于Michelson干涉仪的时间调制傅里叶变换（FT）光谱成像仪,基于Sagnac干涉仪、Fresnel干涉仪、Lloyd干涉仪的空间调制FT光谱成像仪,推导出相应的光谱调制传递函数和光谱相位传递函数解析表达式,并分析了其物理意义. 光谱传递函数为评价相应光谱成像仪在光谱域的性能提供了一种量化的判据. 与空间域的光学传递函数相结合,成为反映光谱成像仪综合性能的客观依据. 关键词： 傅里叶变换 光谱成像仪 光谱传递函数     

空间调制干涉光谱成像仪定标技术研究

根据光谱成像仪对定标内容的要求,结合空间调制干涉光谱成像仪的原理和特点,介绍一种空间调制干涉光谱成像仪实验室与飞行定标方法,利用此方法可以满足空间调制型干涉光谱成像仪的定标要求.     

多角度偏振成像仪在轨图像配准及性能评估

高精度的图像配准是保证多角度偏振成像仪在轨数据有效性的关键.介绍了多角度偏振成像仪基于光楔的偏振图像配准方法和基于地球参考网格的多角度、多光谱图像配准方法 .系统地分析了影响多角度偏振成像仪多角度、多光谱图像配准性能的误差,并提出通过相对几何定标提高多角度、多光谱图像配准性能.对比误差校正前后多角度偏振成像仪的多角度、多光谱图像配准性能,证明所提方法有效地提高了多角度、多光谱图像配准精度.多角度偏振成像仪在轨多角度、多光谱和偏振图像配准精度分别优于0.26 pixel、0.14 pixel和0.1 pixel.     

基于LCTF的便携式多光谱成像仪

选用商品化照相机镜头、液晶可调谐滤光片（Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF）和单色面阵CCD相机,将LCTF置于由镜头和CCD相机组成的照相光路中构成便携式多光谱成像仪,该多光谱成像仪能够在被动和主动光源下进行多光谱图像数据采集,工作波长范围是400-720nm,光谱分辨率为10nm,建立了多光谱成像仪系统多光谱图像采集数值模型,分析了误差源,为系统定标提供了理论依据。最后在自然光照条件下进行了盆景植物的多光谱图像采集试验,重建出多光谱数据立方体,绘制了典型目标点的光谱曲线。     

哈达玛变换光谱成像仪光谱响应非均匀性修正

哈达玛变换光学是近些年发展起来的一门新技术,已经被广泛应用于目标设别、微弱信号检测等领域。基于DMD的哈达玛变换光谱成像仪是一种新型的色散型光谱成像仪。介绍了哈达玛变换成像原理,在自行研制的哈达玛变换光谱成像仪基础上,从光谱定标的角度,研究了哈达玛变换光谱成像仪获得的编码图像的光谱响应非均匀性。针对哈达玛变换光谱成像仪获得的光谱图像中叠加非均匀性噪声及光谱混叠影响光谱复原精度的问题,首次在该光谱成像仪上利用辐射度相对光谱修正和绝对光谱修正算法,对光谱响应非均匀性进行修正。仿真计算和实验结果表明,对于哈达玛变换光谱仪采集的七个波段的光谱图像,修正后的光谱曲线与辐射度计获得的谱线精度非常接近,使复原光谱的误差在2.4%～4.2%的范围,满足实验室和工程应用的技术要求。     

基于液晶可调谐滤光片的便携式多光谱成像仪

选用商品化照相机镜头、液晶可调谐滤光片和单色面阵CCD相机,将液晶可调谐滤光片置于由镜头和CCD相机组成的照相光路中构成便携式多光谱成像仪。该多光谱成像仪能够在被动和主动光源下进行多光谱图像数据采集,工作波长范围是400～720 nm,光谱分辨率为10 nm。建立了多光谱成像仪系统多光谱图像采集数值模型,分析了误差源,为系统定标提供了理论依据。在自然光照条件下进行了盆景植物的多光谱图像采集试验,重建出多光谱数据立方体,绘制了典型目标点的光谱曲线。     

空间调制干涉光谱成像仪光谱辐射度定标方法研究

空间调制干涉光谱成像仪不同于其他类型光谱成像仪,其像面上得到一维空间信息和一维光谱信息。由于其原理特殊,定标方法尚不成熟。介绍了一种用于空间调制干涉光谱成像仪光谱辐射度定标的方法,即干涉光谱成像仪和光谱辐射度计同时采集目标辐射强度,复原采集干涉图得到的光谱图,与光谱辐射度计采集绝对光谱进行比对,得到定标系数,并分析了该方法达到的精度。结果表明：该方法可以满足空间调制干涉光谱成像仪光谱辐射度定标的要求,定标精度达到5．74％。     

光纤视场合成四维光谱成像仪

作为现代遥感技术最重要的发展之一,光谱成像仪在军事、地质、海洋、大气探测等各个领域都有着广泛的应用。然而传统的色散或者干涉光谱成像仪由于需要多次曝光来扫描数据立方体,并不适合于场景快速变换的情况。四维(4D)光纤视场合成光谱成像仪,一种将特制光纤束置于望远镜的像面并成线性排列输出到光谱仪的技术,使得光谱成像仪能够通过单次曝光便获取目标的数据立方体,从而具有观测高速目标和瞬变现象的能力。搭建了一套桌面实验系统,在可见光谱段获得4.2nm的光谱分辨率,对彩色目标的成像效果良好。对光纤束排列误差进行了分析,并给出了校准方法。     

光谱成像仪快速光谱定标方法研究

光谱定标是确定光谱仪器各通道中心波长的过程,为了获取光谱辐亮度,通常需要对光谱仪器进行辐射定标,将光谱仪器输出的数值,映射为物理量——辐亮度。不同的光谱仪器的光谱响应不同,因此还需要在光谱定标过程中确定各个通道的光谱响应。光谱成像仪可以看成是多个光谱仪组成的,需要对所有点的中心波长和光谱响应进行定标。自第一台成像光谱仪诞生以来,其定标方法逐渐固定,通常需要采用光谱分辨率较光谱成像仪更高的单色仪输出准单色光进行光谱定标,其准单色光的光谱带宽远小于光谱成像仪的光谱响应带宽,可以将准单色光抽象为脉冲函数。根据脉冲函数的特性,改变准单色光的波长,扫描光谱成像仪的响应波长范围,是对光谱响应函数进行间隔采样的过程,通过光谱定标数据可以直接得到光谱成像仪的中心波长和光谱响应函数。随着技术的发展,探测器的灵敏度越来越高,光谱成像仪的分辨率也越来越高,为了完成光谱定标,对光谱定标需要的准单色光提出了更高的要求。然而准单色光的带宽越窄,其能量越低,获取满足信噪比要求的数据需要更长的时间,使定标的效率降低。从光谱定标的目的出发,结合准单色光和光谱成像仪光谱响应近似高斯函数的特点,通过理论分析,提出一种利用宽带定标光进行光谱定标的方法,可以有效减少光谱定标的步骤,提高定标的效率,适用于光谱成像仪的快速定标。该方法用于某星载高光谱成像仪的光谱定标,待标定光谱成像仪采用棱镜分光,具有色散非线性的特点,光谱分辨率在2~18 nm之间变化,同时存在较大的谱线弯曲,导致每个像元的中心波长都不同,需要对每个像元进行光谱定标。为了避免分视场定标导致的相邻视场中心波长不连续现象,将单色仪发出的准单色光的光斑照亮整个狭缝,狭缝和单色仪之间放置柱透镜和毛玻璃,其中柱透镜用于汇聚垂直于狭缝方向的光线,提高能量利用率;毛玻璃用于匀化光照,毛玻璃的存在极大地减弱了进入光谱成像仪的能量,结合提出的方法,增加定标光的带宽,提高能量,最终完成了该光谱成像仪的快速定标,利用汞灯的特征光谱验证该成像光谱仪的光谱定标精度为0.23 nm。     

基于CDP的宽波段光谱成像仪研究

为满足动态目标实时光谱成像的应用需求,设计了一种基于CDP(crossed dispersion prism)的静态、快照式的光谱成像仪。对其光谱成像原理进行了理论研究,并根据理论研究结果对宽波段CDP光谱成像仪光学系统进行设计。该光谱成像仪由CDP分光系统、成像光学系统和面阵探测器组成,视场角为4°,焦距为110 mm,工作波段为0.6~5.0 μm。设计结果表明,该仪器在0.6~5.0 μm的波段范围内具有较好的光谱成像能力,平均光谱分辨率为20 nm。该技术为实时获取动态目标光谱信息及位置信息提供了一种新方法,同时该技术在对未知高能目标探测、定位以及识别方面具有很大的潜力。     

FY-2卫星星载扫描辐射计午夜杂散光的分析

“风云二号”(FY-2C)的主要载荷是自旋稳定平台上的多通道扫描辐射计。卫星进入午夜工作时,太阳光线将会入射到辐射计的R-C光学系统中,并且经过各种器件及框架结构反射或者漫反射,从而产生影响成像的杂散光。针对气象部门提供的FY-2C卫星云图中午夜杂散光较严重的情况,分析了特定噪声区域的产生原因,并为同型号卫星星载扫描辐射计的改进提供参考性建议。     

基于离散余弦变换和支持向量机的多光谱纹理图像的茶叶分类研究

提出一种利用多光谱图像纹理特征进行茶叶分类的新方法。图像由MS3100-3CCD光谱成像仪获得,光谱成像仪提供近红外(NIR)、红色(R)和绿色(G)的3个波段的图像。首先对原图像的NIR波段图像提取均方值,然后应用离散余弦变换算法,构造出8个带通和高通滤波器对NIR通道的图像进行滤波并提取均方差值,最后应用支持向量机技术,分别对原图像的NIR提取的均方差值和用8个滤波器滤过的图像提取的均方差值进行建模。茶叶样本总共为240个,训练和预测各为120个,每种训练样本和预测样本各为20个。结果表明经过8个滤波器处理图像的识别率为100%,而没有经过滤波处理的纹理图像识别率只有73.33%,说明离散余弦变换算法设计的滤波器是一种非常有效的纹理识别技术,此实验同时也为茶叶的分类提供一种快速和无损的新方法。     

基于多光谱遥感成像链模型的系统信噪比分析

信噪比(SNR)是评价多光谱遥感成像性能的重要指标,在设计多光谱遥感成像仪的最初阶段应进行分析,从而确定各分系统相关参数。多光谱遥感系统的成像链模型综合考虑辐射源、地物光谱反射、大气辐射传输、光学系统成像、分光元件特性、探测器光谱响应和相机噪声等各个环节,可用于进行成像过程端对端的完整分析。以基于滤光片阵列的多光谱遥感系统为例,采用MODTRAN软件进行大气辐射传输计算,对不同太阳天顶角下,不同目标地物计算像面的照度,根据电荷耦合器件探测器的噪声模型,计算出不同工作条件下多光谱遥感系统的SNR。通过对SNR的分析,可给出该类型多光谱遥感系统获得最佳性能的工作条件,并能够结合使用要求进行光学系统参数的优化选择。     

一种可实时化的多光谱图像融合系统

在多光谱摄影和光电成像技术基础上，本文提出了一种可实时化的多光谱图像融合系统。与多光谱摄影相比，不仅可实现多光谱实时化摄像，而且光谱响应进一步向近红外延伸，并引入图像处理技术。实验表明：这种技术对于增加系统的识别能力具有明显的作用，可进一步构成不同用途的新型多光谱图像融合系统。     

油膜覆盖的非线性海面电磁散射多普勒谱特性研究

当海面上方漂浮油膜时,海面的毛细波成分将因油膜的阻尼作用而被破坏.本文采用PM谱,基于Marangoni阻尼效应,建立油膜覆盖的一维Creamer非线性海面模型,并简单分析了油膜的阻尼作用对海面轮廓的影响.在此基础上,利用迭代物理光学方法研究了L波段下该模型的后向散射回波的多普勒谱特性,通过与基于线性模型的海面散射回波多普勒谱对比发现,在大中入射角下,非线性海面散射回波与线性海面多普勒谱的差异不可忽略,说明采用Creamer非线性理论建立海面几何模型的必要性.研究发现,油膜覆盖海面的散射回波的多普勒频移及展宽与干净海面雷达回波的多普勒特性具有明显差异,这表明海面上漂浮的油膜对雷达散射回波的多普勒特性具有显著的影响.数值结果重点分析了入射角、油膜参数以及风速对油膜覆盖海面散射回波多普勒谱展宽和频移的影响规律.     

Image fusion using non-separable wavelet frame

In this paper, an image fusion method is proposed based on the non-separable wavelet frame (NWF) for merging a high-resolution panchromatic image and a low-resolution multispectral image. The low-frequency part of the panchromatic image is directly substituted by multispectral image. As a result, the multispectral information of the multispectral image can be preserved effectively in the fused image. Due to multiscale method for enhancing the high-frequency parts of the panchromatic image, spatial information of the fused image can be improved. Experimental results indicate that the proposed method outperforms the intensity-hue-saturation (IHS) transform, discrete wavelet transform and separable wavelet frame in preserving spectral and spatial information.     

基于多光谱图像的烟雾检测

烟雾检测对于火灾早期防范非常重要,传统的智能视频和图像处理技术易受背景运动信息影响,抗干扰性差,且不容易区分森林水雾和燃烧产生的烟雾,森林防火误报率高。为此提出一种新的多光谱图像检测方法检测烟雾。采用多光谱成像系统,获取400至720 nm波段范围的烟雾、水雾光谱图像序列,对图像进行分层像素整合处理;利用欧氏距离度量不同分块光谱特征差异,获取动态区域光谱特征向量,根据目标与背景间光谱特征向量差异,提取烟雾、水雾区域。室内外试验结果表明：多光谱图像检测方法可用于烟雾检测,能够有效地检测并区分烟雾和水雾,与视频图像方法结合,可有效地用于森林火灾监测,降低森林火灾检测误报率。     

航母中线电视监视系统的设计

研究设计了航母中线电视监视系统。依据照度、对比度及分辨率要求提出了一套基于电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）的光电成像系统。分析了航母中线电视监视系统的舰载稳定平台的精度要求,并探讨了该系统可采用的图像处理算法。分析表明：采用主流的AndorIxonEMCCD并配合口径为40mm的光学系统可满足照度、对比度和分辨率的要求;采用Petzval形式初步设计的F／2光学系统,其光学传递函数接近衍射极限;而现有舰载稳定平台技术可以满足指向稳定的需要。最后,分析了形心算法、边缘算子算法在获取着舰机位置和姿态角的应用。该系统具有全天候工作能力,适用于航空母舰的着舰引导。     

利用油品紫外荧光特性的多光谱成像检测

利用石油及其产品具有的紫外荧光特性, 搭建了一套紫外诱导多光谱成像系统.该系统主要由3个紫外诱导光源、8个滤波片和1个彩色CCD相机组成.采集了6种油品的多光谱图像, 以有效光斑的24个颜色分量均值作为特征, 提出了一种联合熵最大化的独立分量分析特征优化方法.K均值聚类和支持向量机识别结果表明, 较改进前的ICA方法, 该方法的特征优化性能得到了有效提高, 油种识别率达到了92.3%.