高光谱图谱仪与激光雷达及其在海洋生物检测方面的应用

海洋是涵盖超过70%地球表面的连续海水,发展先进的海洋生物光学监测手段对海洋生态系统的保护至关重要。文中综述了笔者团队在小型高光谱图谱仪与激光雷达系统搭建及其在海洋生物检测等应用上的部分近期工作。图谱仪方面介绍了不同空间扫描方式的高光谱图谱仪在透射、反射及荧光等不同工作模式下,对数种藻类、斑马鱼等海洋生物进行了图谱检测,并且基于图谱数据结合机器学习算法实现了微藻种类的精准分类和藻类生长周期的准确预测;在激光雷达方面详述了使用非弹性高光谱沙姆激光雷达系统在实验室和近岸实地环境进行了多次水生生物的测量实验,成功获取其荧光高光谱,证明了非弹性高光谱沙姆激光雷达系统在海洋生物监测应用中的巨大潜力。此外,笔者团队还搭建了一套四维凝视成像探测系统能实现高光谱分辨率（3 nm）、高空间分辨率、高深度精度（27.5 μm）的精准探测。     

激光雷达与高光谱遥感对地立体探测研究

将激光雷达对大气,水体的透视及对地精确测距定位的立体成像探测能力和高光谱技术相结合,发展先进的空、天基对地立体成像综合定量探测系统,是国家对大气、陆地和海洋精确立体综合定量探测的迫切需要,也是遥感技术自身发展进步的要求,激光与地面、水体和大气的相互作用及其在高光谱的遥感响应是空,天基激光雷达和高光谱对地立体成像综合定量探测的核心理论基础和关键科学问题.综述了激光雷达对地探测系统的研究现状和发展趋势.提出了新的基于激光雷达与高光谱遥感的对地立体探测系统.将激光雷达对大气、水体的透视以及对地的精确测距定位与高光谱技术相结合,介绍了该系统的原理方法和特点.从激光雷达和高光谱数字影像的广义大气修正和地形辐射改正,大气光学厚度与程辐射图像的生成,激光雷达的非均匀水体修正和水底地形改正,激光雷达和高光谱与介质以及目标的相互作用,多源数据融合等五个方面阐述了该体系的关键技术及其研究思路.     

大气海洋高光谱分辨率激光雷达鉴频特性研究

统一分析大气海洋高光谱分辨率激光雷达(HSRL)的鉴频性能,能够为大气海洋的联合探测研究提供帮助。 提出了一种基于视场展宽迈克尔逊干涉仪(FWMI)鉴频器的大气海洋HSRL系统和算法,用于反演海水和 大气颗粒的180°体积散射系数。该系统的核心在于采用混合-分子双通道接收信号,其中分子通道 利用FWMI鉴频器滤除颗粒信号,透过分子信号。研究表明,反演误差会随着颗粒散射比(总180°体积散射 系数与分子180°体积散射系数之比)增大而线性增大,而光谱分离比(分子与颗粒透过率之比)的提高能够显 著抑制误差的增长趋势。因为海洋的分子散射与颗粒散射在光谱上更加分离,因此FWMI在海洋HSRL上的鉴频 能力高于大气HSRL。所提的基于FWMI的HSRL系统能够工作于水体和大气中,对大气海洋激光雷达的性能提升有重要的意义。     

多光谱、高光谱和超光谱成像技术与算法

1．用于目标探测的高光谱多路径测绘技术(A．P．Schaum,美国海军研究实验室)2．在杂波背景中识别三维物体(Y．Liu等,美国加利福尼亚大学)3．在高光谱图像中探测异常事物的新方法(P．E．Clare,英国国防科技实验室)4．把收集参数与物体／异常事物探测性能联系起来的光谱质量方程式(S．S．Shen,美国航空航天公司)5．用于高光谱目标探测与识别的整系统建模(J．M．Nothard等,英国QinetiQ)     

高光谱成像技术及其应用研讨会

2012年11月6～8日苏州凯莱酒店发起单位:中国宇航学会承办单位:中国宇航学会光电专委会,苏州大学现代光学所支持期刊:《红外与激光工程》(EI)正刊、《光学与光电技术》正刊     

图信号处理在高光谱图像处理领域的典型应用

高光谱图像(HSI)具有纳米级的光谱分辨能力且同时对地物目标的光谱维和空间维进行联合成像的优势,能够精细化感知场景目标的本征判别属性,在遥感探测、医疗诊断和国防安全等具有重要应用价值,是高精度遥感探测的科技制高点之一。不同于传统1维时间信号、2维图像信号,高光谱图像具有多阶、高维的信号属性。为解决传统信号处理方法在高光谱图像处理领域中的不足,图信号处理(GSP)理论与方法被逐渐引入高光谱图像处理与解译等任务中。该文以短综述的形式,介绍了图信号处理在高光谱图像处理领域的理论发展并列举了在高光谱特征提取、图像重构和解译分类3个主要方面的典型应用。最后,进一步探讨了该方向未来发展所面临的挑战和相应解决办法。     

用于高光谱图像分类的归一化光谱指数的构建与应用

成像高光谱的近地田间应用为农业定量遥感的发展提供了新的契机。如何发挥其图谱合一的数据优势,尤其在解析土壤、阴影等背景地物对作物养分反演模型的影响需要关注。该研究借助可见/近红外成像高光仪,在近地田间采集小麦群体的成像立方体,根据影像中光照裸土、阴影裸土、光照叶片和阴影叶片的反射光谱特征建立了归一化光谱分类指数,并应用该指数提取大豆影像中不同类型地物的光谱,分析了背景土壤剔除前后的大豆植被归一化光谱与叶绿素密度的决定系数变化情况。结果表明:土壤和阴影叶片光谱去除后,反演叶绿素密度的敏感波段由红-近红外区间（727 nm,922 nm）向蓝、绿,尤其是红波段（710 nm,711 nm）移动。对叶绿素密度敏感的波段区间表现为可见光增加,近红外减少,且红边波段决定系数最高。由此说明,基于归一化光谱指数的植被光谱提纯对定量遥感反演研究具有重要意义。