基于联合方向梯度和均值对比度的红外弱小目标检测方法

针对小目标在整幅图像中占比很低,且目标周围存在大量杂波,提出了一种基于联合方向梯度(Associated Directional Gradient,ADG)和均值对比度(Mean Contrast,MC)的红外弱小目标检测算法。该算法由两个模块组成:ADG利用红外弱小目标的高斯分布模型,将单一方向的梯度与一个相邻方向上的梯度相加组成新的联合梯度特征,增强真实目标、抑制背景杂波的同时能够消除高亮边缘对目标检测效果的影响;MC融入方向信息来计算目标的多方向对比度,选用多方向对比度的最小值抑制结构噪声,并将均值滤波的思想引入对比度的计算,抑制背景中的孤立噪声,进一步降低检测的虚警率。在实际红外图像上的实验结果表明,该算法在增强目标信噪比和抑制背景噪声方面,能够取得较好效果。

不同高度不同大气模式下红外图像仿真

本文以飞机平台的红外图像为数据源,研究了不同大气模式下成像高度对红外仿真图像的影响,推导了随热像仪成像高度变化的辐射亮度计算公式。分别采用MODTRAN和LOWTRAN两种大气辐射传输模型进行不同高度的红外图像大气修正,并对所得仿真数据进行了分析比较得出:在高度低于20km时,同种大气模式下两种模型仿真数据接近,误差不大,都很理想;在高于20km时,LOWTRAN模型仿真数据参考价值不大,MODTRAN模型结果更接近实际情况、更实用。

考虑速度聚束效应的SAR海浪成像仿真方法

针对合成孔径雷达(SAR)海浪成像仿真技术对于速度聚束效应的考虑不充分,仿真数据无法准确反映实际SAR数据的问题,建立一种充分考虑速度聚束效应的SAR海浪成像仿真方法并进行了实验验证。计算了SAR图像强度的概率密度分布的仿真结果与理论结果之间的均方误差(MSE),在风速分别为5、10和15 m/s时,考虑速度聚束效应前、后比对结果的MSE分别为0.1012、0.1576、0.0556与0.0179、0.0314、0.0088。仿真结果表明,所提SAR海浪成像仿真方法有效提高了仿真数据的准确性,对SAR海浪成像的应用具有一定实用价值。

无人机航空摄影测量技术在大比例尺数据获取中应用

无人机航空摄影测量是利用无人机搭载机载遥感设备,如磁测仪、电荷耦合元件(charge-coupled device, CCD)数码相机、多光谱相机、LIDAR技术(light detection and ranging, LIDAR)数据等各种仪器设备来获取地面信息,用计算机对获取到的信息进行处理,从而获得对应区域高精度的地形图数据。近些年来,无人机在我国的地理信息领域中应用越来越广泛。对无人机航空摄影测量遥感技术在大比例尺数据获取中的应用进行了分析,并结合实践总结一些经验,希望可以对研究人员完成相关项目有所帮助。

OBE理念与课程思政融合的“微波遥感”课程考核

将OBE理念与课程思政融合渗透到高等教育课程建设与考核过程中,对提高人才质量和培养创新型人才至关重要。在测绘工程专业本科生“微波遥感”课程的教学实践中,通过挖掘思政元素、构建评价模块、引入实践案例、阅读科技文献、细化评分标准、完善试卷分析机制等办法。对课程考核体系进行扩充与改革,坚持以学生的学习成果为导向,坚持学术诚信与品格塑造相结合、知识考核与能力考核相结合、过程性考核与结果性考核相结合的原则,全面考查学生对“微波遥感”课程理论知识的掌握以及综合素养的培养情况,取得显著成效,对推进高校教育改革和提升学生综合素质具有一定的理论与实践意义。

FY-3D MERSI-Ⅱ反射太阳波段长期响应衰减估计及订正方法

遥感仪器的长期辐射响应衰减估计与订正是提高卫星遥感数据稳定性和准确性的关键。利用MERSI-Ⅱ在沙漠和DCC稳定目标上空的长时间观测数据,建立仪器辐射响应与时间的函数关系模型,并通过逆方差加权平均方法融合两种稳定目标的结果,获取仪器辐射响应退化量和辐射定标系数的序列估计。辐射响应衰减跟踪监测结果表明,MERSI-Ⅱ自在轨开始业务运行到2022年9月,波长小于500 nm的3个蓝光波段(通道1,通道8—9)和波长大于1000 nm的4个近红外-短波红外波段(通道5—7,通道19)存在明显衰减,年衰减率为1.47%~4.32%。L1级产品精度检验也发现,7个明显衰减通道的业务定标偏差均超过±5%,其中通道5和8偏差最大,约为-20%。应用本研究获取的辐射定标系数序列后,L1产品辐射定标精度随时间变化平稳,定标偏差维持在±3%以内,同时L2级产品精度也明显提升,表明了该研究建立的辐射衰减估计与订正方法的有效性。

基于单目视觉无人机对面积信息的采集

在无人机的国土执法和应急救灾等应用中,基于任务的总体成本控制和无人机的负载能力等约束,一些无人机倾向于选择装备单目摄像头以形成单目视觉完成任务。研究了一种基于单目视觉无人机对面积信息进行采集的过程和方法。针对面积的测量,首先运用Stitcher算法图像拼接得到正射影像,再经过图像边界处理、灰度化及降噪、二值化及闭操作、轮廓提取并剔除掉小轮廓,最后实现面积的测量。该方法为无人机的航测提供了新的技术手段,对无人机信息采集技术革新具有重大意义。

无人机观测时间对玉米冠层叶绿素密度估算的影响

为探讨不同时间获取的无人机多光谱数据对玉米冠层叶绿素密度(canopy chlorophyll density,CCD)估算的影响,分别在玉米抽雄吐丝期、籽粒建成期、乳熟期和蜡熟期选择同一天的10:00—10:59、11:00—11:59、13:00—13:59和14:00—14:59进行无人机多光谱观测试验,并结合PROSAIL模型模拟结果与实测CCD数据,分析一天中不同时刻典型植被指数的变化规律及CCD估算结果的差异。结果表明:在同一天中,无人机玉米冠层反射率和与实测CCD相关性较好的植被指数值均随时间变化,近红外波段的反射率变化最明显,越接近12:00,实测的植被指数值越低,而在一天的不同时间PROSAIL模型模拟的植被指数值几乎没有差异。在同一天,基于不同观测时间获取的同一植被指数与实测CCD的相关性存在较大差异,且不同生育时期和不同指数间的差异不一致;而模拟得到的同一植被指数与CCD的相关性在同一天不同时间的差异不明显。在不同生育时期,基于不同观测时间无人机数据构建的CCD估算模型均可以取得较好的精度,但不同观测时间的估算结果存在差异,决定系数最低的为0.53,最高的为0.80。这些结果表明,在传统的光谱数据获取时间范围内(10:00—14:00),无人机影像获取时间仍对玉米CCD估算有影响,越接近12:00,估算精度越高。研究结果可为后续作物的CCD精准估算提供基础支撑。

DQ-1宽幅成像光谱仪发射前载荷定标技术

大气环境监测卫星作为国家民用空间基础设施规划中的科研卫星,其遥感应用需求对其载荷的定量化精度要求越来越重要。宽幅成像光谱仪作为大气环境监测卫星中的主要载荷,可获取光谱范围从可见光至长波红外(0 415~12 000μm)的陆表和大气多光谱信息。采用45°扫描镜配合消旋系统的扫描方式,光路结构采用同轴望远镜系统,实现3个探测器焦面上21个谱段的同时对地的超宽幅高空间分辨率成像。为了准确地获取能量和仪器响应之间的定量关系,在卫星发射前开展宽幅成像光谱仪全光路、全口径辐射定标试验,分别介绍了可见到短波谱段积分球定标技术和中长波谱段热真空红外定标技术,为用户定量应用提供了良好的保障,并对定标过程中传递路径下的误差来源及精度进行分析评估。

基于F-P干涉仪CH_(4)气体点源探测关键参数仿真分析

基于多光束干涉光谱成像原理,研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先,介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案,详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数,并建立甲烷气体探测正演模型。然后,分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对应关系,以及仪器参数对探测灵敏度的影响。最终,迭代优化得到各光学结构参数的最优取值。结果表明,在甲烷探测波段为1630~1675 nm,自由光谱范围为12.5 nm,光谱分辨率为0.1 nm,法布里-珀罗标准具腔长为0.08 mm,腔内反射率为97.5%,截止滤光片范围为(1630±4)nm~(1675±4)nm时,探测源25%浓度变化对应的干涉信号相对变化量范围为[0.65%,4.30%],探测灵敏度较好。研究结果可为高精度碳监测提供理论依据和技术支撑。

乳化油覆盖海面的后向电磁散射特性研究

本文利用几何光学近似法,结合改进的局部平衡抑制比模型,并根据简化的双层粗糙面的反射系数,建立了乳化油覆盖海面的后向散射模型。基于该散射模型,研究了小入射角下,乳化油覆盖海面的后向散射特征,讨论了不同含水率下,后向散射系数随频率和油膜厚度的变化关系,以及散射系数对含水率的敏感性。结果表明:在微波波段,和非乳化油类似,乳化油覆盖海面的后向散射系数对油厚不敏感。而太赫兹波段,低含水率条件下,散射系数随油膜厚度和频率变化而振荡,且当频率增大时,散射系数振荡幅度减小。而含水率增大时,散射系数随油厚和频率的振荡幅度也逐渐减小。在微波波段和太赫兹波段范围内,对于频率较高的太赫兹波而言,其散射系数只对低含水率的乳化油具有较高的含水率敏感性;而对于频率较低的微波,其散射系数对含水率较高的乳化油也有较高的含水率敏感性。

联合相干性特征的短时序双极化SAR冬小麦提取

针对在多云多雨多雾地区光学遥感难以有效监测冬小麦的问题,构建了一种联合相干性特征的短时序双极化SAR冬小麦种植面积自动提取方法。该方法在HV/VV双极化SAR平均后向散射系数基础上,引入InSAR相干性特征,然后基于随机森林分类器获取冬小麦空间分布专题图,较好地解决乡间小道等被误分为冬小麦的问题。以山东省济宁市梁山县为实验区,利用20景Sentinel-1A双极化SAR数据,获取了梁山县2022年的冬小麦种植面积及空间分布。结果表明:文章构建的基于短时序双极化SAR数据的冬小麦提取方法,总体精度为92.799%,Kappa系数为0.912,与未引入相干性特征相比,总体精度提升6.279%,Kappa系数提高0.096;可以利用抽穗期或开花乳熟期的短时序SAR数据代替完整生长期的时序SAR数据,总体精度相差分别为3.008%和3.341%。

道路照明常用电光源光谱及检测方法

本文深入分析了道路照明中常见光源的光谱特性,LED灯珠深入分析卤素灯、荧光灯等电光源的工作原理与光谱输出特性,他们对光谱分析技术进行了细致研究,光谱分布测定及光源色彩评估。此外,探究道路照明效益与光谱能效特性影响,选用适宜的光源满足道路照明需求方法。这项研究在提升道路照明效果及增进节能降耗方面成果显著。

TAU-OMEGA遥感辐射模型改进与参数化

大尺度地表土壤水分信息的获取对水资源管理、农业生产以及气候变化等相关研究具有重要意义。TAU-OMEGA(τ-ω)模型是利用被动微波遥感技术进行大尺度土壤水分信息提取的常用模型。由于τ-ω模型忽略了植被层的体散射作用,该模型仅适用于L波段,存在C波段适用性差及模型参数无法定量计算的问题。针对此问题,该研究在分析植被冠层对微波散射机制的基础上,通过增加反映冠层多次散射作用的辐射添加项对τ-ω模型进行了改进,成功解决了模型在C波段的适用性问题;通过理论推导,得出了模型ω参数的理论计算方法,基于模拟数据集,实现了基于冠层叶面积指数的模型ω和τ参数的计算,解决了τ-ω模型中ω参数无法根据遥感数据进行定量计算的问题。以玉米冠层为例,在C波段(6.6 GHz),改进的τ-ω模型对地表微波辐射亮温的模拟值与实测数据保持了较好的一致性,模拟误差较改进前有了极大的下降,V极化均方根误差为3.02 K,H极化均方根误差为3.94 K,结果表明了该研究提出的模型改进与参数化方案的合理性,研究结果为联合光学和被动微波遥感数据进行大尺度土壤水分反演奠定了基础。

基于升降轨SAR数据的连续箱梁桥精细变形

针对桥梁精细变形监测问题,提出一种考虑由温度引起的桥梁变形(简称温度变形)的升降轨合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)数据融合方法.首先,以连续箱梁桥为研究对象,分别使用升降轨SAR数据集,基于小基线子集干涉测量法(small baseline subsets interferometric SAR,SBAS-InSAR)提取视线向(line-of-sight,LOS)变形;然后,利用最小二乘法构建温度变形模型,分离周期性温度变形与长期性趋势变形;最后,结合桥梁结构特征,基于时空插值和奇异值分解方法实现升降轨数据融合,提取温度变形、纵桥向(即桥梁延伸方向)及垂直向趋势变形,分析桥梁变形机制及变形成因.结果表明,该方法可提取精确的桥梁温度变形及三维变形,为桥梁健康监测提供可靠的方法支撑.

一种应用于卫星中红外遥感的辐射传输简化计算方案

作为可见光-近红外和热红外的连接谱段,中红外(MIR)兼具短波辐射的反射特性和长波辐射的发射特性,对于温度探测、目标识别等应用场景有十分重要的意义。目前,MIR谱段辐射传输(RT)计算仍然面临背景参数输入多且不易获取的问题。基于此,提出了一种应用于卫星MIR遥感的RT简化计算方案。使用MODTRAN模型(MM),对MIR白天RT过程中所涉及的背景地表和大气参数定量模拟分析,得到影响RT的关键参数,据此形成一套基于MM的参数简化方案(SS)。在MODIS 6个MIR通道的中心波长处,对SS和MM计算的总辐亮度做对比验证,RMSE均小于0.004399,具有较高精度。SS仅依赖于表面温度、表面发射率、大气廓线类型、水汽和云光学厚度,不需要输入气溶胶、CO_(2)和O_(3)数据。相比MM,SS将输入参数从8类降低到5类,计算的时间效率提升了9.02%。在有限的计算资源下,本文所提的SS能够为MIR图像快速处理、大场景遥感仿真等应用领域提供支撑。

基于Sentinel-2卫星影像的滨海筏式养殖区提取研究

我国滨海养殖在全球占有较大比例,快速获取滨海养殖区域大小和分布等信息,有利于实现对养殖区域的监测规划、产量估算和灾害预防。针对筏式养殖区提取过程中出现的与海水区分较困难、识别精度低和“椒盐”噪声等问题,本文将以长山群岛附近筏式养殖区为研究区域,利用哨兵二号(Sentinel-2)卫星遥感影像数据构建光谱、纹理和几何等特征,通过特征域优化(FSO)获得提取筏式养殖区的优选特征,结合面向对象的随机森林、决策树和最近邻3种算法对研究区筏式养殖区进行提取,在分析和对比提取结果基础上,总结了最优分类算法,并验证了FSO分类的可靠性。结果表明:(1)归一化差分水体指数、几何特征边界和形状、灰度共生矩阵相关性是识别筏式养殖区的最优指标;(2)FSO分类保证了提取精度,减少了数据冗余、提高了运算效率,对筏式养殖的提取具有较高可靠性和适用性;(3)基于FSO和面向对象随机森林的分类方法综合评价最优,总体分类精度为88.8%,κ=0.801,该方法有效避免“椒盐”噪声的产生,可以高效精确的提取筏式养殖区专题信息。本研究可为筏式养殖的动态监测、产量估算等方面提供了技术和专题数据支持。

基于移情设计理念的瓷胎竹编产品设计研究

文章以瓷胎竹编产品为研究对象,阐述了其概念、工艺流程及主要分类;从选材、技艺、图案上分析了瓷胎竹编产品设计的工艺特征;结合移情设计理念,开发设计了一款具有新意和艺术性的瓷胎竹编罐器产品,旨在为更好地满足用户对个性化、创意性产品需求提供设计借鉴。

洛宁盆地多源遥感地热信息提取方法研究

为探明洛宁盆地地热资源范围,为后期科学合理开发地热资源提供数据支撑,本文提出多源多时相遥感技术的综合预测方法。分别使用大气校正法、发射率归一化法对Landsat 8、ASTER数据进行地表昼夜温度反演,提取温度异常区。结果表明:此方法能够消除太阳辐射的影响,昼夜温度二者呈负相关;温度高异常区主要分布在水体、城镇区域,呈线状延伸。再结合多时相卫星数据对蚀变和构造信息进行提取,叠加温度、蚀变和构造图层,并结合已有地质资料综合分析,最终圈定3处靶区。其中金家庄-广武庙一带、霍家岭-岭东一带通过实地踏勘发现7处温泉点,验证了方法的可靠性。本文以地热形成理论为背景,结合遥感技术,综合利用地质资料,圈定地热靶区,其结果具有较高的精度。所采用的方法能够快速预测地热资源分布范围,具有低成本、周期短的特点以及较好的应用价值。

基于DS-InSAR的蒲河煤矿采空区地表形变监测与开采参数反演

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术在有植被覆盖的矿区难以识别到足够多的监测点目标,导致形变结果无法反映矿区真实形变特征.采用分布式散射体InSAR分析方法,能够有效提高植被密集区域雷达相干目标数量,从而准确描述矿区形变的时间演化规律和空间分布特征.矿区长期高强度开采会引发采空区的地表变形,严重威胁矿区基础设施建设和人员生命财产安全.基于沈阳蒲河煤矿采空区InSAR高精度监测数据,通过地球物理建模反演得到矿区地下关键开采参数,模拟的矿区形变场与InSAR监测结果较为一致,且反演开采参数符合真实开采情况.结合InSAR监测结果与Okada模型反演矿区参数,能够准确描述由采矿造成的采空区地表形变,为科学制定地下开采计划及矿区可持续开发提供重要信息.