向短波红外延伸的微光夜视技术及其应用

对传统的微光像增强器与向短波红外延伸的InGaAs光阴极像增强器进行了比较,分析了通过调节组分而使响应波段覆盖夜天光辐射主要波段的InGaAs材料特性,揭示了以InGaAs半导体材料为光阴极的像增强器将在夜间具有更高的量子效率和响应度。介绍了InGaAs器件技术的国内外研究现状,InGaAs光阴极微光器件在短波红外波段的辐射响应是传统像增强器的100~1 000倍,InGaAs全固态探测器可在0.4 m~1.7 m宽光谱成像,在0.9 m~1.7 m范围的量子效率大于80%,表明该器件在激光探测、远距离定位与跟踪、情报侦察、夜间辅助驾驶等方面可以获得广泛应用。     

基于改进非线性劈窗算法的VIIRS中红外海面耀斑区反射率计算

传感器入瞳处接收到的中红外波段(3~5 μm)能量包含反射的太阳能量与地物自身的发射能量。通常该波段反射的太阳能量很弱,但在海面太阳耀斑区等特定情况下,被中红外通道探测到的反射太阳能量是比较可观的,且其对大气影响的敏感性较低,同时,对于搭载有在轨定标系统的卫星传感器,使用黑体定标后的中红外波段的在轨辐射性能相当稳定的。因此,考虑将中红外波段的海面耀斑区反射率作为用于反射太阳波段交叉定标的基准。基于这个想法,构建了改进的、适用于VIIRS(visible infrared imaging radiometer)中红外波段的非线性劈窗模型来计算南印度洋海面耀斑区中红外反射率。首先统计得到VIIRS M12和M13波段海面反射率的限定关系,然后使用非线性劈窗算法模拟计算海面反射率,模拟模型的不确定度为0.83%。在此基础上使用VIIRS的M12波段(中心波长为3.697 μm)太阳耀斑区数据计算选取的样本区的海面反射率。然后使用两种方法对反射率精度进行验证,精度分别为0.29%和0.23%,假设M12和M13波段海面反射率相等的反射率计算结果精度分别为2.48%和1.03%。该计算模型大大提高了精度,说明该模型用于VIIRS M12中红外波段计算海洋耀斑区反射率是有效可行的,其精度能够满足中红外波段海面反射率作为波段间定标基准的需求。     

星载微光遥感器外场辐射定标光源的研制和检测

LED外场辐射定标积分球光源基于辐射通量等效理论,用于星载微光遥感器的在轨辐射定标。该定标光源采用12组峰值波长670 nm的LED密集阵列发光单元,每组最大电功率300 W,辐亮度输出达到5.2×10?2 W·cm?2·sr?1,通过等效辐射通量面积校正后,能够适用于10?9 W·cm?2·sr?1量级的微光通道在轨定标。光源的参数检测结果表明:定标光源角度均匀性在±30°以内优于99.6%,平面均匀性优于99.7%,1 h内稳定性优于99.9%,具有优良的辐射特性。在敦煌中国遥感卫星辐射校正场对VIIRS微光通道进行了在轨实测试验,在轨响应结果为8.27×10?9 W·cm?2·sr?1（含月光贡献和大气影响）,证明了该外场微光定标光源辐射量值设计的合理性。     

红外焦平面联合非均匀性校正算法

分别分析了红外焦平面阵列(IRFPA)基于定标的非均匀性校正(NUC)算法和基于场景的NUC算法的优势和问题.在此基础上提出了联合NUC算法,其中利用基于定标的两点校正法来初步消除探测器的非均匀性,然后再采用基于场景的时域高通校正法和新型自适应滤波校正法来抑制探测器非均匀性参数漂移的影响,同时减弱系统噪声对成像质量的破...     

缺陷关联参数红外检测Levenberg-Marquardt改进识别算法研究

对Levenberg-Marquardt(LM)算法在缺陷参数估计修正过程中无法确保参数几何关联性的局限性进行改进,并保留原算法快速收敛的特性.以二维试件内部矩形缺陷红外检测为例,采用数值实验方法比较改进前后的LM算法,分析初始假设、红外测温误差对缺陷定量识别结果的影响.数值实验表明:改进后的LM算法参数修正过程中确保了关联性的一致性;不同初始假设对缺陷识别结果的影响不大;受红外测温误差的影响,各缺陷参数之间表现出不同的识别精度.     

热红外光谱的干旱区土壤含盐量遥感反演

干旱区土壤盐渍化已对生态环境构成严重威胁,通过遥感技术对土壤盐分含量进行定量反演具有重要意义。通过采集艾比湖流域的农田土壤和盐壳结晶,在室内配制成不同含盐量梯度（盐分占盐土比重：0.3%～30%）的土壤样品,利用102F FTIR光谱仪测量土壤样品的热红外光谱,并通过普朗克函数拟合得到土壤发射率数据。土壤发射率光谱曲线特征：不同含盐量土壤的发射率光谱曲线在形态和变化趋势上基本一致,发射率随含盐量增加而增大;盐分因子对Reststrahlen吸收特征有抑制作用,随着含盐量的增加,Reststrahlen吸收特征会减弱。通过发射率与含盐量相关性分析：土壤热红外发射率与盐分含量呈正相关关系,最大相关系数达到0.899,对应的波段为9.21 μm;8.2～10.5 μm是土壤盐分因子的最敏感波段。通过一元线性回归、多元逐步回归和偏最小二乘法建模分析比较,偏最小二乘法效果最佳,模型预测的R2达到0.958,RMSE为1.911%。选择ASTER,Landsat8和HJ-1B卫星传感器的热红外波段,进行发射率光谱模拟,通过相关性分析：ASTER的B10,B11和B12波段属于热红外光谱对盐分因子的敏感波段,与土壤含盐量相关性较高,相关系数分别为0.706,0.786和0.872。采用多元线性回归法建立基于ASTER热红外波段的土壤含盐量预测模型,模型预测的R2为0.833,RMSE为3.895%。结果表明,遥感传感器对土壤含盐量的预测能力,取决于传感器的光谱波段对盐分因子的敏感程度,通过卫星热红外遥感定量反演土壤含盐量是可行的,为干旱区土壤盐渍化遥感监测提供了新的途径和参考。     

基于图像局部区域梯度特征描述的红外人体识别算法

提出了一种新的红外图像中人体目标识别方案并进行了算法实现。通过直方图聚类分析对红外图像进行分割,根据二值化图像团块的特点,确定图像中的候选目标图像区域。将候选目标图像按比例划分为多个区域,使用梯度位置朝向直方图(GLOH,Gradient location-orientation histogram)对候选目标图像进行描述。与其它红外图像中人体识别算法相比,不需要多种特征提取算法组合进行分步骤识别,仅使用单个SVM分类器即可达到满意的识别率,避免了分类器的级联,算法简单有效。     

基于目标识别的红外与微光图像融合方法

 为了在融合图像中突出运动目标,提出了一种基于动态目标检测和识别的图像融合算法。先对红外图像序列中的运动目标进行检测和提取,同时对红外和微光图像进行融合,最后将提取到的红外目标与融合图像进行二次融合。试验结果表明,该算法获得的融合图像不仅具有普通融合算法信息丰富的特点,还具有鲜明的红外目标指示特性。     

定量化红外遥感应用的高精度水浴黑体

辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术之一。根据定量化红外遥感应用的需求,研制了高精度水浴黑体辐射源,并应用均匀镜-漫反射模型法对其发射率进行了计算。提出了基于绝对低温辐射计的常温黑体定标方法。性能测试结果表明,该黑体辐射源可用于遥感探测器中的红外辐射定标。     

基于NPP-VIIRS卫星数据的渤黄海浊度反演算法研究

浊度是水环境和水质状况的重要监测指标。卫星遥感技术具有宏观的空间覆盖性和重复的定期采样性,是一种有效的监测水体浊度的方法。基于NPP-VIIRS卫星的遥感反射率,建立了一个适用于渤黄海的水体浊度遥感反演算法,并将其应用到VIIRS卫星图像上,研究了渤黄海水体浊度的时空分布特征。结果表明:该算法具有较高的反演精度(决定系数R~2为0.97,均方根误差为16 NTU,平均绝对误差为23 NTU,平均相对误差为34.63%)。渤黄海水体浊度在空间尺度上基本呈现近岸高、远岸低的分布特征;在时间尺度上,冬季浊度维持在一个较高的水平,春季浊度高值区逐渐收缩,夏季达到最低,只在沿岸区域仍有较高的浊度,而秋季浊度又逐渐升高。     

基于夜间热红外光谱的地下煤火监测方法研究

地下煤火燃烧在地表和近地面形成温度高于其周围环境的区域,可用热红外遥感技术监测地下煤火高温度区及热异常区。以内蒙古自治区乌达煤田火区为例,探索了利用不同季节夜间ASTER热红外光谱进行地下煤火监测方法。采样TES-ADE算法反演地表温度,阈值分割法提取煤火区,分析地表温度的季节变化规律、夜间与白天地表温度差异、煤火区分布格局及变化趋势。结果表明:(1)相对白天来说,夜间热红外光谱能够有效反演煤火区的地表温度,而且能够避免沙地、裸地与建筑物的干扰,提取的高温区基本都是煤火区;(2)相对其他季节来说,冬季热红外光谱是反演煤火区地表温度及提取煤火区的最佳时相,能有效区分煤火区与背景区;(3)冬季夜间热红外光谱能够有效监测煤火区的变化与分布格局。     

压力作用下石英砂岩的热红外光谱变化与敏感响应波段

在实验室对石英砂岩进行单轴压缩加载,利用红外光谱辐射计(观测波段8～14μm)对加载过程中试样的红外光谱辐射变化特征进行观测,研究岩石红外辐射对应力响应的敏感波段。实验结果显示,当岩石被加载时,红外光谱随之发生变化,但不同波段变化特征不同,在8.0～11.5μm范围(尤其在8.6～9.1μm)石英砂岩的红外光谱辐射强度随载荷增加而增加,二者间近似呈两次曲线关系,且光谱辐射强度的"信噪比"较高;在其它波段光谱辐射强度与载荷的相关性差且"信噪比"较低。由此表明,8.0～11.5μm是石英砂岩红外辐射对应力响应的敏感波段,也是岩石应力与灾变红外遥感监测的优势波段,而最佳监测波段是8.6～9.1μm。     

遥感FTIR测定固体推进剂燃烧的红外光谱特性

应用高分辨率的Bruker EQUINOX55型遥感FTIR,对含有大量高氯酸铵和聚四氟乙烯的高红外活性的固体推进剂燃烧火焰的红外光谱特性进行了研究。设定遥感FTIR光谱仪的光谱分辨率为4 cm-1,连续实时地收集燃烧进行到0,9,18,27和36 s时火焰的红外发射光谱图。采用分子转振光谱测温法,实时测定了固体推进剂的燃烧温度,测得的温度分别为1 992.5,2 610.9,2 294.4,2 361.1和1 916.9 K,校正了仪器的响应函数,得到了固体推进剂燃烧火焰的绝对光谱能量分布图,以及在不同时刻燃烧产物HCl,HF,CO₂和CO的实时浓度。研究结果表明,遥感FTIR可以用于研究特种红外源的红外光谱特性,特别是用于军事上红外目标识辨和制导与反制导,以及研究和改进固体推进剂的配方,是一种很有潜力的技术。     

基于时空联合滤波技术的缓慢运动红外弱小目标检测算法

针对天空云层杂波与噪音背景下红外弱小目标的检测和跟踪问题,提出了一种基于时域和空域联合滤波的检测算法.首先对所获取的红外图像序列进行标准化预处理,再用时域滤波算法对预处理后的图像序列进行滤波,然后采用目标增强算法,对残留的云层杂波和噪音做进一步抑制.最后,通过实验对所提出的算法进行检验,结果证明了算法的有效性.     

基于光谱角时序不变性的红外目标识别

为了识别空间目标与气球诱饵,提出了基于光谱角时序不变性的红外目标识别方法。通过分析证实了空间目标与气球诱饵在温度时变特性上存在差异。为了反映目标测量功率温度时变本质,消除传感器与目标距离以及等效投影面积的时变耦合对测量功率的影响,提出了利用时序光谱角作为光谱向量的时序变化量度。该量度能够刻画光谱曲线的时序变化,反演物体温度时变特性,可以作为温度时变特性不同的目标和诱饵之间聚类识别的有效判据。仿真结果表明：该方法能够有效识别空间目标与气球诱饵;通过融合时序光谱特征,为空间目标识别提供了一种新的机制。     

一种利用十字窗口识别红外弱小目标的新方法

为有效地识别红外图像中的弱小目标,在分析传统识别方法的基础上,提出了一种利用十字窗口识别红外弱小目标的新方法.该方法在待识别点上、下、左、右四个方向以目标大小选取四个参考点构造十字形识别窗口,根据待识别点与参考点之间的灰度梯度识别该像素点是否为目标像素.该方法无需预测背景,可以在低信噪比、强度变化剧烈的图像中获得较高的...     

基于时空信息的红外成像系统在探测识别目标时所面临的问题及分析

具体分析了新型激光调制气溶胶红外诱饵对红外成像导引头的干扰。分析了EKV导引头在超远距离点目标的探测识别中,在应用基本识别方法识别时的失效性。归纳出了基于传统的空间和时间信息的红外成像系统在探测识别真假目标时所面临的问题,并对光谱探测识别的未来发展方向进行了初步探讨。     

一种利用十字窗口识别红外弱小目标的新方法

为有效地识别红外图像中的弱小目标,在分析传统识别方法的基础上,提出了一种利用十字窗口识别红外弱小目标的新方法.该方法在待识别点上、下、左、右四个方向以目标大小选取四个参考点构造十字形识别窗口,根据待识别点与参考点之间的灰度梯度识别该像素点是否为目标像素.该方法无需预测背景,可以在低信噪比、强度变化剧烈的图像中获得较高的识别率与较低的虚警率.实验结果表明了该算法的有效性.     

遥感图像林地与农田小波特征的神经网络识别

为了解决仅仅依赖遥感图像光谱特征较难正确区分光谱相近的植被覆盖下垫面林地与农田的问题,对美国Landsat 7 ETM卫星遥感图像进行小波变换分解,研究林地、农田样点的小波系数特征的差异,研究BP人工神经网络识别光谱相近的林地与农田的方法。结果表明,小波变换对遥感图像地物的空间变化非常敏感,在一定尺度下能分离林地与农田地物的细节特点的差异,其多波段小波系数特征存在差异,可以构成光谱相近地物林地、农田的识别特征向量,使用BP神经网络对样本训练后可有效地识别光谱相近的林地与农田地物。