基于三波段光学成像系统的地物辐亮度系数测量

为了对地面目标的辐亮度系数进行测量,研制了一套包含紫外、可见光和近红外三个波段的光学成像系统,用积分球对其辐亮度响应进行标定,得到辐亮度与图像灰度值和探测器积分时间的拟合方程。提出了一种地面目标辐亮度系数测量方法,采用两块不同辐亮度系数的漫反射板作为参照物,建立辐亮度方程组,最终求解得到的目标辐亮度系数表达式中将不含气象参数项。利用研制的三波段光学成像系统,对绿草地的辐亮度系数进行测量,使用辐亮度系数分别为0.99、0.50、0.20、0.10的四块漫反射板,测得草地的紫外、可见光和近红外波段的辐亮度系数分别为0.070、0.184和0.429。     

外场用红外目标模拟器辐射特性测量研究

野外便携式红外目标模拟器作为红外目标辐射源,广泛应用于各军兵种武器装备的效能测试评估中.针对外场模拟辐射源不能精确标定的问题,采用标准面源黑体和红外傅里叶光谱辐射计相结合标定的方法,对红外模拟器特定温度下的光谱辐亮度进行测量,计算出感兴趣波段的积分辐亮度,根据模拟器辐射面积给出用户需要的模拟器各设定温度下的辐射强度.分析计算表明:计算出的感兴趣波段的积分辐亮度值和理论曲线相比较,取得了良好的一致性,间接验证了该方法的正确性.     

新一代高分辨率卫星遥感器全色波段展宽研究

遥感器的研制任务中,工作波段的选择对于目标探测与识别至关重要。文章利用MODTRAN4模型模拟将卫星光学遥感器的工作波段从0.50～0.85 μm展宽到0.45～0.90 μm所引起的大气效应和成像质量的变化。实验结果表明,波段展宽后虽然会引起大气透过率、路径程辐射、邻近效应等不利因素的稍微增加,但是相对于入瞳辐亮度、目标-背景对比度以及模拟图像的质量的提高几乎可以忽略。总的来说,0.45～0.90 μm的波段设置优于0.50～0.85 μm,在已发射高分辨率卫星遥感器中得到更广泛的应用。     

基于琼斯法的高亮度积分球定标光源

针对目前光学口径不断增大的空间光学遥感器实验室辐射定标的需求,基于琼斯法设计了一种在400~900 nm波段积分辐亮度为6 800 W/(m2·sr)的高亮度积分球定标光源。对该光源的热设计表明:采用水冷散热的方式能够满足高亮度积分球定标光源的散热需求。实验表明,该定标光源在400~900 nm波段范围内积分辐亮度达到6 714 W/(m2·sr),经过散热后积分球球体温度场分布满足定标要求,可应用于工程实践。     

一种新的高光谱图像中太阳耀斑去除方法

太阳耀斑掩盖了水体的真实物理特性,严重干扰了水下特征的获取.根据被耀斑污染的像素和邻近未污染像素问的辐射差值,获得大气组分的吸收特征.并调节大气辐射传输模型中的模型参量,进而得到大气透射率.分析了影响耀斑污染程度的主要因素,依据近红外波段离水辐亮度近似为零,求出水体受耀斑污染程度的空间分布,据此进行耀斑去除,得到未被耀斑污染的图像.结果表明,应用该方法提取离水辐亮度,去除耀斑的效果较好.     

光谱匹配因子对GF-1/WFV时间序列交叉定标的影响分析

在轨运行的传感器辐射性能由于受到元部件老化、外太空辐射等因素的影响,会发生变化,通过传感器在轨定标可以及时追踪传感器在轨运行期间的辐射性能变化。利用Terra/MODIS(Terre卫星中分辨率成像光谱仪)参考,GF-1/WFV(高分-1号卫星视场传感器)传感器为目标,基于敦煌校正场的实测地表光谱数据,在考虑两传感器成像时刻的不同观测角度、光谱响应、大气条件和地表特性的匹配贡献的基础上,获得交叉定标光谱匹配因子,进一步得出WFV自发射后的时间序列交叉定标系数。以此辐亮度定标系数得到的表观辐亮度值与MODIS表观辐亮度值进行比对,开展光谱匹配因子对GF-1/WFV定标系数的影响分析。分析认为：在不同波段,光谱匹配因子变化趋势总体一致,大于0.9的光谱匹配因子比重分别为53.1%,75%,81.2%和93.8%;辐亮度定标系数的时间序列变化趋势与光谱匹配因子的时间变化趋势呈现负相关;匹配因子越接近1,两传感器辐亮度值的相对偏差越小。     

ETM图像地物反射率光谱反演

用搭载在卫星Landsat-7上的多光谱成像仪ETM记录的来自地气系统的辐亮度光谱图像,反演地物反射率光谱,在ETM 1波段,反射率反演的不确定度基本上保证在17%以内,2,3波段在10%以内,优于目前常用的简易算法。用反演的地物辐亮度光谱合成的sRGB真彩色图像,清晰度欠佳,未作经验调整时明显偏色,用于航天对地真彩色摄影这一反演精度还不够,但用于目视判读明显优于原图像。     

EUV波段电光成像系统分辨率的实验研究

基于微通道板 (MicrochannelPlate ,MCP)探测器件设计一套成像系统 ,用于对极紫外 (ExtremeUl traviolet,EUV)波段的光进行成像。结果在 13,17 1,19 5和 30 4nm处获得了一个宽度为 3mm的狭缝的像 ,其相应的空间分辨率分别为 85 ,12 0 ,182和 4 95 μm ,最佳为 85 μm ,对应波长 13nm ,而且波长越短 ,分辨率越高 ,图像的亮度也越高。     

多波段辐亮度标准传递探测器的研制

为了实现基于"标准探测器"的高精度辐亮度基准的传递,提高遥感器定标精度,研制了基于陷阱探测器的多波段辐亮度标准传递探测器(MRSTD).该探测器具有8个测量通道,工作波段分布于400～1000 am之间.其主要特点在于以硅陷阱探测器作为光功率测量部件,以窄带干涉滤光片进行分光,辅以视场光阑、孔径光阑限制入射孔径以及入射...     

空间调制干涉型和衍射光栅型成像光谱仪信噪比性能的分析比较

以Sagnac空间调制干涉型成像光谱仪和Offner凸面光栅衍射型成像光谱仪为例,着重分析和比较这两类成像光谱仪的信噪比性能。在相同观测条件下,通过推导这两类成像光谱仪所得到的图像像元的光谱辐亮度,指出空间调制干涉型成像光谱仪并不具有高通量和多路复用优势,信噪比也低于衍射光栅成像光谱仪。而且随着光谱谱段数的增加,即光谱分辨率的提高,衍射光栅成像光谱仪的信噪比优势更明显。     

Integration of Chandrasekhar's integral equation

We solve Chandrasekhar's integration equation for radiative transfer in the plane-parallel atmosphere by iterative integration. The primary thrust in radiative transfer has been to solve the forward problem, i.e., to evaluate the radiance, given the optical thickness and the scattering phase function. In the area of satellite remote sensing, our problem is the inverse problem: to retrieve the surface reflectance and the optical thickness of the atmosphere from the radiance measured by satellites. In order to retrieve the optical thickness and the surface reflectance from the radiance at the top-of-the atmosphere (TOA), we should express the radiance at TOA “explicitly” in the optical thickness and the surface reflectance. Chandrasekhar formalized radiative transfer in the plane-parallel atmosphere in a simultaneous integral equation, and he obtained the second approximation. Since then no higher approximation has been reported. In this paper, we obtain the third approximation of the scattering function. We integrate functions derived from the second approximation in the integral interval from 1 to ∞ of the inverse of the cos of zenith angles. We can obtain the indefinite integral rather easily in the form of a series expansion. However, the integrals at the upper limit, ∞, are not yet known to us. We can assess the converged values of those series expansions at ∞ through calculus. For integration, we choose coupling pairs to avoid unnecessary terms in the outcome of integral and discover that the simultaneous integral equation can be deduced to the mere integral equation. Through algebraic calculation, we obtain the third approximation as a polynomial of the third degree in the atmospheric optical thickness.     

基于立体像素匹配的图像重构技术研究

为了解决目前全景成像技术中分辨率低的问题,提出了一种新的基于3D场景立体像素光线映射的全景图像计算机重构技术.在全景成像技术中,3D场景的每个立体像素点经全景成像系统的编码系统分别映射在一定区域的多个体元素图像的不同像素点上.在计算机重构全景图像时,根据逆光学路径原理,提出了从立体像素映射到的体元素图像区域中提取对应立体像素的多个2D像素点来重构全景图像,使重构的全景图像最大分辨率可达到传统成像方法图像分辨率的N倍（N为映射区域面积）.提出的立体像素的匹配技术大大提高了重构的计算机全景图像分辨率.     

CE-1干涉成像光谱仪数据光度校正与反射率计算

干涉成像光谱仪(interference imaging spectrometer,IIS)是嫦娥1号探月卫星(chang'e-1,CE-1)搭载的有效载荷,具有图谱合一的特点,用于实现月表重要元素及矿物类型的分布与含量分析的科学目标.由于观测条件的不一致,IIS获取的不同区域的月表数据明暗差异显著,因此,必须要进行光度校正,以消除由于观测条件不一致而引起的目标辐射特性的不均一性.文章在分析IIS数据特点的基础上,利用改进的Lommel-Seeliger模型对辐射定标后的IIS辐亮度数据进行逐像素光度校正;选定距离Apollo16着陆点最近的一块区域作为定标区,利用实验室测得的62231月壤样品双向反射率作为校正标准进行辐亮度到反射率的计算,得到CE-1 IIS反射率数据,并选择71501月壤样品对反射率计算结果进行精度评价.该工作对于月表矿物类型识别和信息提取、不同类型月表矿物与岩石的分布图绘制等具有重要意义.     

基于清洁水体像元法的环境-1A卫星CCD水体图像大气校正

环境卫星(HJ-1A/B)的CCD图像数据在内陆水环境遥感监测中具有很大的潜力,但它的大气校正的精度是影响其定量化应用的重要因素.文章以上海淀山湖地区HJ-1A卫星搭载的CCD1多光谱数据为应用实例,首先实现了瑞利散射的精确计算,在气溶胶散射的计算中,由于内陆湖泊Ⅱ类水体的光学特性,致使环境星CCD数据的近红外波段的离...     

CUDA-accelerated simulation of multiple scattering using decoupling approximation

Abstract  

In this research a CUDA-accelerated simulation method of multiple scattering in dense participating media based on decoupling approximation is proposed. Simulation of multiple scattering is important, in that it visually illustrates how radiance transfers between gaseous particles. The existing radiance transfer equation has poor computational performance because of its complicated integral calculation of in-scattering in each radiance update. However, this computation can be avoided using previous cached results proposed in this paper. To construct the cached results, we first decouple the phase function in radiance transfer equation with singular value decomposition (SVD) approximation. SVD approximates the multivariate phase function as a sum of products of incident light and outgoing light of lower dimensionality. Then the incident light and outgoing light data of current radiance update are cached independently in two textures. The cached two textures are used to replace integral calculation of in-scattering in the next radiance update to improve computation performance. The proposed method is designed in a parallelized way so that the parallel computing power of CUDA can be fully exploited. The simulation results show that our method allows fast rendering of dynamic scenes while high accuracy is maintained.     

浑浊二类水体的高分四号卫星大气校正效果分析

高分四号卫星是我国首颗高空间分辨率地球静止卫星,在浑浊二类水体的遥感定量监测方面应用潜力很大。为评价高分四号多光谱数据经大气校正后水体反射率的精度,以太湖为研究区,使用同步MODIS数据辅助的Gordon单次散射改进算法,对2016年7月21日和2016年8月17日两景高分四号多光谱数据进行大气校正,并通过与地面同步实测光谱数据、以及地球静止水色卫星GOCI数据大气校正结果的协同比对,验证高分四号多光谱数据的大气校正效果,为该卫星产品的水色遥感应用提供借鉴和参考。结果表明,红光B4波段校正精度最高,平均绝对误差(MAPE)为10.71%;绿光B3波段校正精度次高,MAPE为13.21%;近红外B5波段校正精度次低,MAPE为33.06%;蓝光B2波段校正精度最低,MAPE为53.55%。其中B3,B4和B5波段校正精度高于GOCI,主要原因在于高分四号的空间分辨率远高于GOCI,混合像元导致的精度误差相对较小,充分显示了高分四号作为一颗高空间分辨率地球静止卫星在水色遥感方面的优势;而B2波段低于GOCI,表明高分四号的蓝光波段尚有改进空间,今后有必要对该波段进行重新定标等处理;在未得到有效处理的情况下,水色遥感应用应尽量避开该波段。总体而言,高分四号多光谱数据校正精度较高,可以较好的应用于内陆二类浑浊水体的定量遥感监测。     

基于MODTRAN的双查找表法反演高光谱数据的水汽含量

基于MODTRAN辐射传输模型,假设近红外波段地物反射率随波长线性变化,考虑程辐射的影响,发展了一种通过双查找表反演高光谱遥感数据水汽含量的方法。建立查找表过程中,使用三次样条插值方法对查找表水汽含量值加密以减少MODTRAN运行时间。使用两个查找表,通过逐步搜索法对高光谱遥感数据进行水汽反演,得到水汽含量分布图。结果显示,使用三次样条插值方法得到的辐亮度值与MODTRAN计算结果只有0.1%的误差。对两景机载可见光/红外成像光谱仪(AVIRIS)高光谱数据进行水汽反演,得到水汽含量分布图,并用其对辐亮度数据进行大气校正,得到反射率数据。水汽含量分布图变化平缓,无亮/暗点出现,反射率数据在水汽吸收波段的光谱曲线没有过/欠校正现象,这表明水汽反演方法有效。     

Robust image encryption by combined use of integral imaging and pixel scrambling techniques

A robust image encryption method by using the integral imaging and pixel scrambling (PS) techniques is proposed. In this method, pixels of the cover image are scrambled with the PS technique and elemental images for this scrambled image are picked up through a lenslet array. Subsequently, an encrypted image is obtained by scrambling these picked-up elemental images. Since this encrypted image has the hologram-like property of data redundancy resulted from the integral imaging scheme, while it can as well be decoded by multiple keys such as the orders of pixel scrambling and the pickup conditions of the elemental images, its security against the various attacks could be dramatically improved. Good experimental results also confirm that the proposed method could provide more enhanced robustness against data loss and Gaussian noises compared to the conventional methods.