基于不等权重率失真斜率提升的干涉多光谱图像压缩算法

基于空间干涉调制成像光谱仪的成像特点，提出了一种适合于千涉多光谱图像的不等重要性权值率失真斜率提升图像压缩算法．该算法根据退卷积技术对复原光谱信噪比的影响，推导出时域中随着光程差的增大，干涉图像压缩失真对频域中光谱曲线的信噪比影响越大．对各个码块的率失真斜率按空间域中各光程差对恢复光谱信息的贡献重要性不同赋予不同的重要性权值，增大对光谱信息的保护程度，使图像在相同的光谱分辨率下拥有更好的空间分辨率．实验结果表明，该算法比传统算法更好地保护了多光谱图像的光谱信息，在8倍压缩比下，满足该类干涉多光谱图像压缩系统的质量要求．     

一种支持干涉多光谱图像ROI的压缩编码方法

提出了一种基于EBCOT(率失真优化截取内嵌码块编码)算法的矩形ROI(感兴趣区域)编码的干涉多光谱卫星遥感图像压缩方法.该方法不需要对小波域的系数进行提升,而是在码流组织时通过对多光谱区域的误差跟踪提高恢复图像的质量.误差的跟踪完全是自适应的,可以根据用户给定的恢复图像多光谱区域的峰值信噪比最低要求自动实现码流的组织,解码器不需要知道该图像是否存在ROI,而且该方法保留了EBCOT的优良特性.实验结果表明,这种编码方式在干涉多光谱卫星图像压缩中可获得非常理想的效果.     

基于新型光谱相似度量核的高光谱异常检测算法

提出一种新型光谱相似度量核函数,并应用于高光谱异常检测.由于高斯径向基核函数是基于光谱向量间欧式距离的度量,其对于光谱向量间距离变化的适应性较强,而对于因光照强度变化,阴影和遮挡等引起的同种地物光谱变化的适应性较弱,使得基于高斯径向基核的高光谱异常检测算法性能下降.为解决该问题,从光谱曲线形状描述出发,基于光谱相似度量提出了光谱相似度量核函数.通过理论分析和真实高光谱数据异常检测实验检验,实验结果说明相对于高斯径向基核函数,光谱相似度量核函数具有一定的优越性,能改善基于核方法的高光谱异常检测算法的性能.     

基于分布式信源编码的干涉多光谱图像压缩

根据干涉多光谱图像的特点.提出一种基于分布式信源编码的干涉多光谱图像压缩箅法.干涉多光谱图像序列的相邻图像之间具有明显的平移特性,编码端通过块匹配算法检测出相邻帧间的相对位移量,联合块匹配算法估计的边信息帧进行比特平面码率估计,采用基于率失真提升的感兴趣区域编码,调整图像不同区域的率失真斜率来进行更合理的码率分配.实验结果表明.该算法比传统算法更好地保护了多光谱图像的光谱信息,在不同压缩比的情况下.满足卫星干涉多光谱图像压缩系统要求.易于硬件实现,更适于星上环境的应用.     

基于新型光谱相似度量核的高光谱异常检测算法

提出一种新型光谱相似度量核函数,并应用于高光谱异常检测.由于高斯径向基核函数是基于光谱向量间欧式距离的度量,其对于光谱向量间距离变化的适应性较强,而对于因光照强度变化,阴影和遮挡等引起的同种地物光谱变化的适应性较弱,使得基于高斯径向基核的高光谱异常检测算法性能下降.为解决该问题,从光谱曲线形状描述出发,基于光谱相似度量提出了光谱相似度量核函数.通过理论分析和真实高光谱数据异常检测实验检验,实验结果说明相对于高斯径向基核函数,光谱相似度量核函数具有一定的优越性,能改善基于核方法的高光谱异常检测算法的性能.     

基于网格编码量化的超光谱图像压缩

提出了一个基于小波网格编码量化的超光谱图像压缩方法。谱间和空间冗余处理构成了超光谱图像压缩算法的主要内容,该算法使用一个谱间差分预测步骤来去除谱间冗余,而后对预测残差图像进行小波变换并利用均匀阈值网格编码量化(trellis-coded quantization)方法来量化各小波子带,最后使用自适应算术编码对量化码字进行熵编码。为使编码器能为所有子带获取率-失真意义上最优的量化阈值,设计了一个基于子带统计特性和网格编码量化器率-失真特性的比特分配算法。在实验中,该算法表现出优良的压缩性能,对于实验的超光谱图像,该方法在压缩比为32时可得到37．1dB的峰值信噪比,这表明本算法能有效压缩超光谱图像,适于超光谱图像压缩应用。     

基于率失真斜率提升的干涉多光谱图像压缩

提出了一种基于优化截取内嵌块编码的矩形感兴趣区域编码的干涉多光谱卫星图像压缩方法,不需要对小波域的系数进行提升,而是在码流组织时通过对多光谱区域自适应失真跟踪实现。解码器不需要进行小波域系数的逆提升,即可达到感兴趣区域的恢复质量要求。改变感兴趣区域的失真指标,只需要再次进行码流组织,而不需要重复进行优化截取内嵌块编码的T1编码,因此更为有效、灵活。同时提出了一种整型率失真斜率估计值快速算法,既可以保证率失真优化截取的精度,又避免了率失真斜率的浮点除法计算和浮点表示,降低了系统的复杂度。该算法适合干涉多光谱卫星图像压缩。     

基于光谱区分法的高光谱核异常检测算法

为了解决高光谱目标检测中高斯径向基核、光谱相似度量核难以同时描述光谱曲线整体及局部特性的问题,利用光谱信息散度与梯度角正切相结合的光谱区分方法构造了一种新的核函数.对真实机载可见红外成像光谱仪高光谱数据进行高光谱核异常检测,得到二值图及接收机操作特性曲线.结果表明,在低虚警率下,相比于高斯径向基核、光谱相似度量核,本文所提出核函数在高光谱核异常检测中准确度与清晰度更高.     

遥感干涉超光谱图像压缩编码

基于卫星干涉超光谱成像光谱仪成像原理的分析,提出了一种新的遥感超光谱图像压缩方案，利用成像推扫平移特性提出一种低存储量，帧间小波域匹配的序列压缩，只需存储两帧图像，比起单帧处理提高图像PSNR 3-4dB.为了保护图像的光谱特征，系统采用了一种新的感兴趣区域（Region of interest, ROI） 编码技术，使系统的压缩比提高8倍以上.该感兴趣区域（ROI）编码采用率失真优化斜率提升，而不是比特平面移位，使图像在相同的光谱分辨率下拥有更好的空间分辨率.试验数据表明，算法大大保护了图像的光谱特性，在8倍压缩比情况时，满足卫星干涉超光谱遥感图像要求.     

高光谱遥感信息中的特征提取与应用研究

特征提取、度量与分析是高光谱遥感应用的基础.面向高光谱遥感数据的特点, 将光谱特征划分为点尺度、面尺度和体尺度三个尺度的特征.基于特征属性与算法原理, 构建了光谱曲线特征、光谱变换特征和光谱度量特征三个层次的高光谱遥感光谱特征体系, 并对光谱特征提取与应用进行了深入探讨.光谱曲线特征包括直接光谱编码、光谱反射与吸收特征等, 光谱变换特征包括植被指数、导数光谱等, 光谱度量特征则包括光谱角、SID、相关系数和距离等.在分析特征算法原理的同时对其特点和应用进行了探讨.试验表明四值编码、光谱角和SID在应用中能够取得较好的效果.     

一种改进的弱光谱畸变PCA融合方法

针对用PCA融合方法进行高光谱遥感影像和高分影像融合会出现一定程度的光谱失真问题,提出了一种改进的弱光谱畸变PCA融合方法。采用NCUT(normalized cut)影像分割算法,将复杂的高光谱遥感影像对象化, 增加融合样本的线性可分性, 从而削弱传统PCA融合产生的光谱畸变;运用图论和聚类理论生成表达像素间相似度的权重矩阵和若干掩膜,并用这些掩膜切割高光谱影像与高分影像,再分别融合其对应匹配的子区域对象,最后将所有子区域融合结果拼接成一幅影像。使用Hyperion高光谱数据和Rapid Eye高分影像进行实验,结果表明：该方法在保证融合结果空间分辨率提升和纹理信息不变的前提下,光谱保真能力优于传统的PCA融合方法。     

基于信息失真的光电成像系统优化方法

提出了一种利用信息失真参数研究光电成像系统优化匹配的新方法。分析了光电成像系统频谱混叠问题,将物光强函数分解为一系列非负谐波函数,并对谐波的成像结果进行了求解。在此基础上,建立了物、像与光电系统的信息模型,进而对不同光学系统截止频率下的信息失真度进行了数值计算,阐述了基于信息失真的光学系统与探测器的匹配关系。结果表明,当探测器像元边长为10 μm时,高斯物频谱应选择截止频率为100 mm-1的衍射受限光学系统才能获得最小失真度0.144 1。     

顾及光谱混叠的高光谱相机任意方向侧扫几何成像

以移动平台的线推扫式高光谱相机横向推扫成像不同于以卫星平台或飞机平台的竖直摄影成像方式,其属于水平方向推扫竖直方向成像,存在投影面选择、空间方位确定以及光顾混叠等问题。针对上述情况,详细推导了适合于线阵高光谱相机地面推扫的影像像素地理参考模型,可以进行任意方向的地面横向推扫成像;结合影像的地面采样间隔大小及推扫成像的区域范围,给出了地理参考后影像格网划分的一般过程;同时,考虑到在影像格网划分过程中存在的舍入误差,以及在影像校正过程中采用传统直接光谱采样可能造成的光谱掺杂问题,提出了基于地理参考后相邻像素重叠面积作为权重系数进行加权融合的改进光谱采样方法。最后进行了大量地面横向推扫成像实验,并依据上述算法进行了影像畸变校正,验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性,同时,对校正好后的影像选用多个样本点进行了光谱数据验证,实验表明改进后的光谱采样方法明显优于直接光谱采样算法,为同类产品的地面应用提供参考。     

基于非线性光谱字典学习的单幅RGB图像光谱重建方法研究

针对单幅RGB图像重建光谱图像中的病态问题,提出一种基于非线性光谱字典学习的非线性重建方法。为了适应线性和非线性数据,该方法首先改进了基于自联想神经网络模型的非线性主成分分析算法,并利用其从训练光谱集中学习低维光谱字典,用于光谱重建的求逆方程中,以缓解病态状况。再在此光谱字典基础上,利用阻尼高斯牛顿法结合截断奇异值分解的正则化方法,进一步缓解该非线性反演的病态问题,实现单幅RGB图像重建光谱图像。在实验中,采用Munsell以及Munsell+Pantone两个光谱训练集学习光谱字典,同时利用CAVE和UEA光谱图像库进行光谱重建测试。该方法测试结果与现有方法比较发现,该方法在不同光谱训练集下重建CAVE和UEA两库光谱图像的均方根差的平均值最低,分别为0.212 4,0.255 4,0.229 4和0.294 9,均方根差的标准偏差接近最好方法的效果,分别为0.068 5,0.084 7,0.066 8和0.087 0。此结果表明该方法针对单幅RGB图像重建光谱图像在重建精度和稳定性上均存在优势。     

FTIR被动遥测信号中的线形函数建模及补偿方法

被动遥测红外信号的精确解译,对远距离、非接触获取污染云团信息具有重要意义。然而,测量过程中的光谱畸变阻碍了这一目的的达成。针对遥测信号中的谱线畸变问题,提出了一种利用线形函数模型自适应补偿傅里叶变换红外光谱仪光谱线形函数的方法。通过对傅里叶变换光谱仪线形函数的成因分析,结合实际仪器设计参数,从理想线形函数、固有线形函数和相位误差三个方面构建线形函数模型;在此基础上,以实测畸变光谱与理论仿真光谱的均方误差作为代价函数,利用迭代优化方法实现了对实际线形函数关键参数进行估算的算法流程;将重构得到的线形函数应用于理论光谱补偿,显著减少了理论仿真光谱与实测光谱之间的差异。分析结果表明,理想线形函数主要影响谱线展宽及旁瓣幅值;固有线形函数造成向低频方向的非对称展宽;而相位误差则会造成谱峰非对称。必须在理论仿真光谱中综合考虑三种来源线形函数的贡献,才能有效建立测量光谱和待反演云团参数之间的联系。实际线形函数畸变参数的获取和补偿应用,有助于提高红外遥测信号的定量解译水平。     

AOTF高光谱成像0级干扰抑制方法研究

随着光谱成像技术的发展,以高空间分辨率和高光谱分辨率获得的图像极大地提高了地物目标的识别能力,为准确获取地物被测目标的二维空间影像信息和一维光谱信息,设计完成一种基于声光可调滤波器(AOTF)的高光谱成像系统,但由于系统中偏振片消光比有限,导致视场外的0级光与被测目标的+1级衍射光发生重叠,而AOTF无驱动时成像可近似为0级干扰的图像,为此提出一种AOTF加驱动图像减无驱动图像的0级干扰抑制方法。并采用该系统样机进行外场光谱成像实验,对结果进行0级干扰抑制方法修正,修正后的结果表明该方法不仅大幅度消除了0级光的干扰,而且还提高了整个成像光谱的测量精度。     

基于高光谱的颜色辨别方法研究

在颜色测量领域区分相似颜色的样品是非常困难的。测量颜色的准确性和高效性对于工业上的应用非常重要。提出了一种基于超光谱成像技术的色彩测量的方法,并设计制成原理样机系统。该系统能够快速准确的测量彩色样品的光谱,并在分析后可得丰富的颜色数据与颜色坐标。该方法克服了传统测色方法“测谱不成像,成像不测谱”的局限性。为了评估系统的性能,进行分析和实验：比较细分的每个波段的信噪比,并使用光谱匹配技术来比较彩色照相机和所设计的系统在颜色测量方面的优缺点。结果表明,本系统提供了一种更精确的颜色测量方法,可以有效地测试产品颜色的质量。     

量子点光谱成像技术与重建仿真

为满足机载星载平台对光谱成像系统紧凑型和轻量化的需求,克服当前光谱成像技术分光系统结构复杂、成本高的不足,提出了基于量子点材料的光谱成像技术方案。将条带状的量子点阵列片放置于前置镜焦面前,利用量子点材料对光谱的吸收特性对探测目标的入射光谱进行调制,使用最小二乘法建立探测目标的光谱重建模型,采用推扫的方式获取数据并进行光谱重建可以获得目标光谱和空间信息。量子点光谱成像技术具有光谱分辨率高、能量利用率高、体积小、光谱范围宽和成本低等优势。分析了不同光谱谱段间隔和噪声等因素对重建光谱分辨率的影响,以及对重建光谱准确性或者失真度的影响。分析得出谱段间隔越低,光谱分辨率越高;重建的准确性和分辨率随着噪声水平的增大而降低;适当的提高谱段间隔,可以提高重建的准确性。将已知数据立方体和它的仿真结果进行对比,可以看出还原得到的量子点光谱图像质量较好,验证了该技术的可行性。量子点材料为光谱成像技术提供了新的途径,在航空航天等小型化光谱遥感领域具有极大的应用潜力。     

A priori mesh quality metric error analysis applied to a high-order finite element method

Characterization of computational mesh’s quality prior to performing a numerical simulation is an important step in insuring that the result is valid. A highly distorted mesh can result in significant errors. It is therefore desirable to predict solution accuracy on a given mesh. The HiFi/SEL high-order finite element code is used to study the effects of various mesh distortions on solution quality of known analytic problems for spatial discretizations with different order of finite elements. The measured global error norms are compared to several mesh quality metrics by independently varying both the degree of the distortions and the order of the finite elements. It is found that the spatial spectral convergence rates are preserved for all considered distortion types, while the total error increases with the degree of distortion. For each distortion type, correlations between the measured solution error and the different mesh metrics are quantified, identifying the most appropriate overall mesh metric. The results show promise for future a priori computational mesh quality determination and improvement.     

基于离轴两反利特罗结构的棱镜高光谱成像系统的光学设计

为满足高光谱成像系统高空间分辨率和高光谱分辨率的要求,并应对实际应用中对仪器小型化、轻量化、高光学效率的新需求,研究一种基于利特罗结构的棱镜色散高光谱成像系统,采用离轴两反的利特罗结构形式减小光学系统的体积,同时为平面棱镜提供准直光路,并以宏编程的优化方式,避免系统中光路干涉。结果表明,通过非球面反射镜和双校正透镜的设计,该光学成像系统的谱线弯曲均小于2.1 μm,色畸变小于1.3 μm,控制在18%像元内,在400～1 080 nm可见—近红外(VNIR)工作波段的光学调制传递函数(MTF)均达到0.9以上,光谱分辨率为1.6～5.0 nm,光谱透过率在51.5%以上,系统在整个工作光谱范围都具有较高的透过率和像质。