机载推帚式高光谱成像仪实现宽视场的技术途径

随着焦平面探测器和分光技术水平的提高,世界上正在运行的高光谱成像仪已可以达到几十至几百个波段,并且有相当高的信噪比和动态范围,具备进入市场化运作的技术基础。但是由于仪器视场角较小所引起的遥感作业效率低等因素却限制了高光谱成像仪的应用范围。本文介绍世界上高光谱成像仪的发展现状和如何扩大系统总视场的几种方案。最后结合目前现有技术基础进行宽视场技术研究进行了初步讨论。     

机载推帚式激光扫描成像系统的分析

本文介绍了激光扫描成像系统的定义、特点和应用,对光机扫描型的激光扫描成像系统与推帚式激光扫描系统进行了对比。对现有系统的系统组成和各个参数进行了比较,对系统的发展方向进行了总结,并从光学和电子学的角度对推帚式激光扫描成像系统的设计进行了具体的阐述。     

星载CCD推帚式相机的像移处理和动态范围控制

电荷耦合器件（CCD）推帚式相机是当前极轨卫星广泛采用的光学有效载荷,特别是时间延迟积分电荷耦合器件（TDI CCD）已被越来越广泛地应用于星载光学有效载荷中。TDI CCD所具有的高灵敏度和信噪比,满足了人们对光学有效载荷越来越高的技术要求,但是随之而来的一系列关键技术问题也给工程技术人员带来了许多麻烦。本文描述了通过调研获得的当前国内外工程界星载CCD推帚式相机的像移补偿和动态范围控制问题的解决方案,并针对极轨气象卫星TDI CCD相机急需解决的关键技术问题-像移补偿和动态范围控制,提出了可行的解决方法。     

线推扫式高光谱相机侧扫成像几何校正

线阵高光谱相机侧扫成像可以有效解决卫星遥感影像无法获取建筑物立面光谱数据等问题。阐述了课题组集成开发的线推扫式高光谱遥感监测系统组成部分及关键技术指标等;根据地面侧扫成像特点,详细推导了适合于线推扫式相机地面侧扫成像几何校正模型;给出了地理参考影像格网划分和重采样方法,并对数据采集过程可能出现的漏采现象提出解决方案。通过大量地面模拟实验,验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性,为同类产品的地面应用提供参考。     

推帚式航天遥感器CCD航向调制传递函数的讨论

从遥感器获取的数据质量观点出发，把遥感图像中几何质量和辐射质量两大质量指标与航向MTF结合起来，讨论了沿航向CCD MTF的选择与确定。     

无控制点条件下的PHI影像几何校正

利用空间位置测量系统对因遥感平台不稳定而引起的影像畸变进行校正是目前航空摄影测量常用的方法.介绍了对推帚成像模式在无地面控制点情况下采集的影像进行几何校正的原理和方法,即利用POS数据解算外方位元素并建立共线方程,从而实现影像的几何校正.用PHI航空遥感影像进行了实验.实验表明,在无地面控制点的情况下,利用POS数据辅...     

推帚式超光谱成像仪光学系统的选择

能量利用率和宽视场是目前空间光学系统设计研究的热点之一.着重从能量、视场两方面分析了短波红外推帚式色散型超光谱成像仪望远系统和光谱仪系统的结构特点和光学性能.结果表明:采用离轴三反结构的望远系统+棱镜色散型光谱仪系统是比较好的方案.     

芬兰研制高光谱长波红外推帚式成像仪

目前,7～14μm长波红外区域的高光谱成像正在日益受到人们的关注。但现在既具有高的性能又具有好的可用性的仪器几乎没有。为了满足军方和商界对热光谱成像技术的需求,芬兰SPECIM公司已经设计并研制了两款采用不同探测器的推帚式长波红外高光谱成像仪(LWIR HS和LWIR C)。     

基于SPHP的推扫式高光谱航空影像拼接

针对高光谱推扫影像间相机光心不重合,在配准过程中利用传统全局单应性矩阵对齐方式会有误差的问题,提出了一种基于SPHP(Shape-Preserving Half-Projective)并且考虑光谱信息的高光谱推扫图像的拼接方法(H-SPHP).主要步骤包括:1)基于正解法的视矢量几何校正;2)基于先验知识和PCA的基准...     

推帚式高光谱成像仪光谱定标及精度控制研究

高光谱成像仪的光谱定标是为了确定仪器各波段中心波长和光谱分辨率,是获取地物光谱信息的必要条件。高光谱成像技术取得较快发展的同时,它的光谱分辨率也越来越高,这必然要求光谱定标的精度更高。文中从单色仪对定标精度影响出发,研究得到光源辐射强度包络对精度的影响可以达到0.12 nm以上,这对于定标精度要求很高的高光谱成像仪来说不可忽略。根据不同波长处包络的影响我们对中心波长精度进行了改善。通过实验得出波段210～228之间的中心波长精度提高了0.2 nm左右,约占总波段数的11%,波段165～209之间的中心波长精度提高了0.12 nm左右,约占总波段的24%。     

基于光谱加权直推式支持向量机的高光谱图像半监督分类

高光谱图像分类中的有标签的样本获取较为困难,而半监督分类可以利用到大量未标签样本所含信息,来提高分类准确率。其中直推式支持向量机是标准支持向量机在半监督学习问题上的一种扩展。本文中我们采用凹凸过程规划将直推式支持向量机的非凸目标函数分解为凸函数和凹函数的组合,从而将非凸问题转化为凸优化问题求解。并且针对高光谱图像不同波段鉴别地物类别的能力的差异,为了充分利用各个波段的分类能力,我们引入了光谱权值对支持向量机的核函数进行了改进,对不同的波段赋予不同的权值。实验表明,本文提出的方法在分类正确率以及使用的样本规模上,都表现出了一定的优越性,从而适用于较大规模的高光谱图像分类。      

融合机载LiDAR和高光谱影像的土地利用分类

高光谱影像具有丰富的波谱和纹理信息,机载LiDAR点云数据包含了地物高密度、高精度的三维信息。分别从两种数据中提取地物的光谱特征、纹理特征和高度特征,并进行不同的特征组合,然后采用随机森林分类器进行地物分类实验。结果表明,机载LiDAR点云和高光谱数据在地物分类方面具有很强的信息互补性;融合了LiDAR高度特征的总体分类精度和Kappa系数均优于仅使用高光谱影像,其中“PCA+NDVI+GLCM+CHM”的特征组合总体分类精度和Kappa系数最高,分别为85.96%和0.81;与未加入LiDAR特征的组合相比,总体分类精度提高了5.33%。     

一种实用化的机载线阵推扫成像光谱仪

在航空遥感中,线阵CCD传感器的应用越来越广泛,但是由于航空平台的姿态变化比较剧烈,导致线阵CCD传感器影像很难处理和应用.详细描述了自行研制的一种实用化的线阵推扫成像光谱仪系统,并对飞行实验影像进行了处理,结果满足设计要求.     

顾及BRDF和大气影响的摆扫式航空高光谱边缘辐射畸变校正

讨论了顾及传输路径差异和方向性反射差异的边缘辐射校正方法,并根据POS数据改正了由于姿态变化引起的边缘畸变.以实用型模块化成像光谱仪(Operational Modular Imaging Spectrometer,OMIS-Ⅲ)影像为例,采用上述方法进行边缘校正,最后采用近似同一扫描行上的同类地物光谱进行对比,得出校正后的光谱吻合度比校正前更高.     

一种机载红外光谱相机的角位置误差补偿技术

机载红外多光谱扫描仪采用摆扫扫描成像机制,解决了红外光谱相机的光谱分辨率、高空间分辨率和大成像幅宽之间的矛盾,可实现下视和远距离侧视成像。为了实现采集图像无缝拼接的像元级对准,需保证红外光谱仪的角位置信息准确。本文针对机载扫描成像光谱仪的几何定位问题进行分析,指出角位置误差是影响相机几何定位的主要因素,进而采用一种角位置误差的长短周期双重补偿方法,对角位置误差进行补偿。地面测试结果表明,补偿后相机角位置精度提高10倍,且经环境试验验证,角位置误差仍保持稳定。由机载挂飞试验结果表明,后图像相对几何精度优于一个像元（10）,满足图像拼接的几何定位需求。     

基于误差分析的岩芯高光谱数据几何校正方法

南京地质调查中心研制的推扫式岩芯成像光谱仪由可见近红外成像光谱仪、短波红外成像光谱仪以及载有岩芯盘的导轨构成。导轨匀速运动的控制误差、两台独立成像光谱仪不同的空间分辨率不同以及不重合的视场范围,导致所获得的数据存在几何畸变,无法直接进行应用处理。针对上述问题,在分析了畸变产生机理的基础上,提出了基于三角形靶标的拉伸压缩畸变校正方法以及像元级与亚像元级联合配准方法。通过在岩芯盘一侧布设等腰直角三角形靶标,实现无位置姿态参数下的几何拉伸压缩畸变检测与校正;同时将尺度不便特征变化与扩展的相位相关方法相结合进行图像配准,提高图像配准的精度。实验结果表明,利用南京地质调查中心研制的岩芯成像光谱仪的实测高光谱数据进行方法性能验证,经过几何校正处理后的岩芯高光谱数据,拉伸压缩畸变校正精度为0.28个像元,配准精度优于0.1个像元。     

利用LSF实现推扫式遥感相机的自动调焦

为实现推扫式遥感相机自动调焦,结合推扫成像的特点提出了利用LSF作为图像质量评价函数来指导自动调焦的方法。该方法利用了LSF和MTF的傅里叶变换关系。经过边缘检测后,搜索刀刃边缘区域,提取边缘扩散函数ESF,并通过求导得到像元尺寸级的LSF;然后利用最小二乘法作LSF的曲线拟合得出亚像元尺寸级的LSF,并且由LSF的重要参数σ得到图像质量评价值(IQE)指导推扫式遥感相机的自动调焦过程;通过实验对该方法的准确性和实时性做了验证,并给出了调焦精度的计算方法,最后利用IQE改变步距的爬山坡法实现调焦过程,提高了对焦速度及可靠性。实验结果表明:调焦精度可达到0.1倍焦深,调焦一次动作不超过0.2 s。说明该方法在实时性和准确性的方面都得到了较好的体现,为推扫式遥感相机实现自动调焦提供了可能性。     

基于XGBoost的机载激光雷达与高光谱影像结合的特征选择算法

为了解决地物分类的机载激光雷达(LiDAR)与高光谱特征构造中存在的特征维数过高的问题,提出了一种基于XGBoost与皮尔逊相关系数相结合的特征选择算法——XGB-PCCS,同时设计了XGBoost与序列后向选择相结合的特征选择算法——XGB-SBS与之对比。采用真实数据验证所设计的两种算法,结果表明:两种算法均可在保证分类结果准确率的基础上有效地减小特征集维数;XGB-SBS算法保留的特征维度为33,得到的总体分类精度为95.63%,Kappa系数为0.943;XGB-PCCS算法保留的特征维度为25,总体分类精度为95.55%,Kappa系数为0.942。XGB-PCCS算法的人为干预程度较低,运行时间较短,保留的特征集更精简。此外,对比了两种算法得到的特征子集,并总结了LiDAR点云与高光谱影像多模态特征构造中重要程度较高的24种特征。     

长波红外高光谱成像系统的设计与实现

针对长波红外高光谱系统背景辐射强以及信噪比低的特点,设计了能有效抑制背景辐射的长波红外精细分光光谱成像系统.利用杂散辐射分析软件,对系统进行了背景辐射分析,包括全波段各辐射面源对背景辐射的贡献分量、各光学通道的背景辐射、机械内壁吸收率对背景辐射的影响、以及光机内壁温度对背景辐射的影响.主要通过制冷光机系统的温度、抛光亮...