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。

基于自适应滤波的光谱畸变误差抑制方法

为降低天文光谱畸变误差对多普勒测速导航精度的影响,设计结合非线性Sage-Husa噪声估计器及抗差扩展卡尔曼滤波器(Robust Extend Kalman Filter,REKF)的自适应滤波算法。当系统模型可靠时,抗差滤波能够通过预测残差判断异常量测并降低其权重;当系统模型噪声先验信息不准确时,通过Sage-Husa噪声估计器估计系统噪声协方差阵Q阵,以保证抗差滤波的效果。此外,结合多普勒测速导航及X射线脉冲星导航进行组合导航,以提高位置估计精度。仿真结果表明,该算法能够在系统模型噪声先验信息不准确的情况下有效控制光谱畸变造成的量测误差对导航精度的影响。

Ti^（3＋）离子掺杂浓度与Ti：Al_2O_3晶体的光谱畸变

通过室温下掺杂浓度为０．０３～０．４５Ｗｔ－％范围的Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３晶体的偏振激发光谱，荧光光谱和吸收光谱的测量，从实验上确信，Ｔｉ３＋在Ａｌ２Ｏ３基质晶体中不易形成Ｔｉ３＋离子对。并且发现，随着Ｔｉ３＋离子掺杂浓度的提高，偏振激发光谱发生了（ｌ）肩／峰强度比增加和（２）长波展宽现象，而相应波段的吸收光谱却未发现这种浓度效应导致的线型畸变。

转子运动条件下光纤光栅的扫描光谱特性及测温误差研究

针对基于空间耦合传输方法的电机转子温度监测系统,采用光纤光栅的传输矩阵理论和自聚集透镜的耦合传输理论,建立了转子运动条件下光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)的扫描光谱模型,首先研究了扫描光谱的畸变规律及各算法的寻峰效果,结果表明:转子的涡动导致FBG扫描光谱的反射峰发生偏移,3 dB带宽减小,随着耦合损耗与原始反射峰之间的相位差发生变化,中心波长的最大扫描误差以类似正弦函数的规律发生变化,新反射峰位置由耦合损耗变化速率、FBG原始反射率及其变化速率之间的限定关系决定。协调解调仪扫描速率与转子涡动频率之间的数值关系是减轻光谱畸变的主要方法;此外,相比于半峰法和多种拟合型算法,质心法通过提取畸变光谱的重心也明显地减小了中心波长的扫描误差。然后,通过理论和试验研究了转子涡动频率与解调仪扫描频率对系统测温误差产生的影响,结果表明:随着耦合损耗周期与光谱扫描时间之比(q值)的增加,系统的最大测温误差先剧烈地减小、然后缓慢减小至稳定,令q>10是确保系统的测温误差及其波动较小的最低条件;对于转速小于200 000 r/min的转子(涡动频率小于1 667 Hz),当转子径向振动的幅值小于200μm、轴心轨迹的轴比小于3、轴心线偏转的角度小于0.1°时,采用扫描频率大于760 Hz的解调仪和质心寻峰法可以保证涡动引起的测温误差小于0.3℃,为转子测温系统的实际应用及测温误差的预估提供了依据。

基于分辨率退化模型的全色和多光谱遥感影像融合方法

从影像成像的频率特性出发 ,提出了一种影像分辨率退化模型 ,并在此基础上提出了一种新的全色和多光谱遥感影像融合方法。

无人机低空高光谱系统及应用研究

航空高光谱遥感技术在地质勘查中发挥了重要作用。近年来,无人机低空高光谱遥感数据以高空间分辨率和高性价比的优势在区域地质勘查工作中的应用获得了快速发展。利用透射式光栅分光技术研制具有较小体积和重量的短波红外成像光谱仪。开发成像光谱仪与高精度惯导同步触发技术,实现影像数据与外方位元素的同步获取,在此基础上完成了与电源管理系统、稳定平台和无人机的系统集成。在新疆雪米斯坦地区开展了试验应用,获取的地面靶标的光谱曲线与ASD光谱仪地面准同步实测相比具有较高的吻合度,典型特征吸收峰位置偏差均在1个像元以内。基于无人机低空高光谱影像进行矿物填图,与同一地区SASI航空高光谱矿物填图结果对比分析。结果表明:无人机低空高光谱影像空间分辨率较高,识别出的矿物种类更加丰富,且根据蚀变矿物特征吸收峰位置的细微差别,可以将一些矿物更进一步细分,实现围岩蚀变等成矿要素信息更高精准识别。

基于小波包的多尺度高光谱图像超分辨率网络

高光谱遥感作为自然资源探测的一种重要手段,近年来得到了越来越多的重视。现有高光谱超分辨率方法存在以下不足:基于解析方法的超分辨率方法依赖大量准备工作和先验知识,如公式推导、统计学规律等,因此数据拟合能力一般,灵活性较差,方法适用性受限制,且受人为因素影响严重;基于深度学习的方法需要大量高质量的高光谱遥感图像,极大程度限制了方法的适用性。本文在对卷积操作响应特性进行研究的基础上,结合传统解析方法与深度学习方法,充分利用具有相似数据特点的自然图像,提出了一种基于小波包的多尺度高光谱图像超分辨率网络(Multiscale hyperspectral image super-resolution network based on wavelet package,WPSRN)。实验结果表明,此方法在超分辨率重建上优于现有方法。

具有相同分子基团的多组分气体现场在线光谱分析

针对目前傅里叶变换红外光谱分析还不能独立应用于气体成分多、部分成分具有同种分子基团、气体浓度变化范围大的复杂多组分混合气体的在线分析问题,文章以甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷和正丁烷五种轻烷烃气体的混合气体的光谱分析为例,提出采用充分考虑气体温度、压力及干扰气的影响,采用特征提取、光谱畸变识别与修正、神经网络的鲁棒建模与分层建模的方法来实现具有相同分子基团的混合气体光谱分析。最后给出了五种轻烷烃气体的光谱与气相色谱的在线分析结果。分析结果对比曲线表明,两种仪器分析结果曲线几乎完全重合,这说明该文提出的光谱分析方法可以独立应用于具有相同分子基团的多组分气体混合气体现场在线分析,解决了科学研究和工程应用中气体组分复杂、气体浓度变化范围大的复杂多组分混合气现场分析难题。

日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪高稳定性设计与验证

光谱仪主体的机热稳定性直接影响其光谱特性的稳定性,进而影响卫星地面物质反演精度。为了适应空间复杂的热流环境,实现在轨高稳定性定量化探测,陆地生态系统碳监测卫星的主要载荷日光诱导叶绿素荧光超光谱仪(简称超光谱探测仪)在光学、结构、热控等方面均开展了稳定性设计,文章基于超光谱探测仪的性能指标,针对全寿命周期在轨热流环境进行了光、机、热集成仿真分析,揭示了光谱仪性能的在轨表现,证明稳定性设计能够满足在轨定量化使用要求。光谱仪地面试验结果验证了主体机热设计能够满足稳定性要求。

干涉型红外光谱仪的光谱复原

利用希尔伯特-史密特定理解积分方程能得到高分辨率复原光谱。当光谱分布波数范围较大时,将其分为几个小区域,适当选取参数,可大大减小计算点数(～41);当反射率随波长改变时用修正的希尔伯特-史密特定理能进一步减少计算机时间和容量。

超光谱仪光栅面形对光谱性能影响的仿真分析

鉴于普通光学镜面分析技术研究光栅面形对超光谱仪光谱性能的影响具有精确度低且过程复杂的劣势,文章提出了一种用于分析光栅面形的全链路仿真分析方法。该方法综合考虑衍射和像差信息,利用有限元建立超光谱探测仪光栅结构变形模型,采用Zernike多项式作为结构分析与光学分析之间的接口工具,对光栅面形数据进行处理,得到光栅面形拟合结果,通过光学软件Zemax计算得到光栅面形对光谱畸变和光谱分辨率的影响。仿真分析结果表明,光栅面形的变化对系统的光谱畸变(如光谱弯曲和色畸变)影响较小,基本控制在1/5个像元内;对系统的光谱分辨率影响较大,当光栅面形导致其刻线位置发生较大误差时,对光谱分辨率有明显影响。

提高选择调幅干涉光谱仪分辨率的希尔伯特-史密特方法

本文根据希尔伯特-史密特理论,首次得到了在选择调幅干涉光谱仪的接收面上辐照度分布与待研究光谱相联系的积分方程的精确解,从而再现了输入的真实光谱,提高了光谱分辨率。

多源遥感影像融合的光谱优化方法

在多源遥感影像融合过程中光谱畸变是常见的问题之一,它主要是因为不同传感器的光谱响应范围不一致造成的。在推导色彩变换理论强度、色度和饱和度三元素之间的数学关系的过程中,通过研究Wallis滤波理论,发现灰度匹配的相似程度是解决光谱畸变的有效途径。因此提出了基于Wallis滤波的HIS变换融合方法。通过了实验验证,效果较好。

一种基于双气室切换分时扫描的新型气体吸收光谱补偿方法

针对变压器油中溶解气体傅里叶红外光谱在线分析应用中,气室与光谱仪之间气隙中气体的带来的干扰,以及基线漂移与畸变问题,提出一种基于双气室切换分时扫描的新型气体吸收光谱补偿方法。在传统单气室测量的基础上,增加一个与测量气室的结构、尺寸等参数基本相同的背景气室,背景气室充满氮气,而测量气室通入待测样气,通过工控机实现双气室的切换控制。但是,采用常规的吸光度计算公式处理的光谱在波数1 100~1 200 cm-1范围存在不明吸收峰,且存在严重的基线漂移现象,说明该计算方法已不适用于双气室切换。因此,为了消除双气室间参数无法一致的不利影响,特别是窗片的滤光特性的差异,提出了一种适用于双气室的新型气体吸收吸光度光谱计算方法;实验发现漂移量由近0.3降为0.005左右,证明其可以消除不明吸收峰和基线漂移。最后,于陕西某变电站的变压器中,取得油样,经脱气处理后,获得相应的气体样本,分别采用常规单气室扫描方法(组别1),提出的双气室补偿方法(组别2),以及气相色谱法(组别3)进行实验。结果表明,组别1的甲烷的浓度分析结果总是大于组别2。同时,组别1的二氧化碳浓度总是大于组别2的二氧化碳浓度,而造成这样分析结果的明显差异极可能是由于光谱仪与气室间气隙中空气的影响;且从总体上看,相比于组别1,组别2的分析结果更接近于气相色谱法的分析结果。综上所述,所提出的基于双气室切换分时扫描的新型气体吸收光谱补偿方法可以有效的解决光谱基线漂移与畸变问题,获得较为理想的光谱,在气体分析上可以消除气室与光谱仪的间隙干扰气的影响,获得更为准确地分析结果。

基于空间耦合传输方法的FBG传感器转子涡动测温误差及其影响因素研究

针对电机转子涡动对光纤光栅温度监测系统精度产生的影响,采用光纤光栅(FBG)的传输矩阵理论和自聚集透镜的耦合损耗理论,建立了涡动条件下FBG扫描光谱模型,结合相关试验,研究了扫描光谱的畸变规律及系统测温误差的影响因素。结果表明:涡动导致扫描光谱反射峰发生偏移、3 dB带宽减小,通过协调涡动频率和解调仪扫描频率,使准直器间耦合损耗周期达到FBG光谱扫描时间的10倍以上(q>10)是保证较低测温误差的关键;同时,质心法对剧烈涡动条件下扫描光谱的寻峰效果明显优于高斯曲线拟合法。随着转子端面处的径向位移幅值或轴线偏角幅值的增大,系统的测温误差先缓慢地增大、后剧烈地增大;随着椭圆形轴心运动轨迹轴比的增大,测温误差先剧烈地增大、后缓慢地增大至稳定。当转子径向位移幅值小于200μm、轴线偏角幅值小于0.167°时,在轴比等于3、q值等于10条件下,15次采样试验反映出质心法和高斯曲线拟合法分别令系统的测温误差从2.9℃降低至0.6℃和1.1℃,为监测系统的应用与测温精度的预估提供了依据。

从融合视角优化设计星载高分光学相机全色波段展宽

高分辨率星载光学遥感载荷全色波段与多光谱波段范围的差异是造成融合图像光谱畸变的主要原因。文章从当前在轨的主要高分辨率光学遥感卫星全色波段设置出发,选择具有代表性的SPOT-5、IKONOS、GeoEye-1、ZY-3、Pleiades-1A、SPOT-6卫星图像,使用相关系数和相对整体维数综合误差两个指标评价标准HIS（色度-亮度-饱和度）和Brovey融合图像的光谱失真大小,从融合图像光谱保真视角分析了最小光谱畸变的全色波段展宽为450~800nm,无需复杂的融合算法即能生产光谱高保真的自然彩色和伪彩色高分辨率融合图像。

多源遥感影像融合技术

随着传感器和探测手段的增多，现在人们所面临的问题已由过去的信息匮乏转向了信息过多但应用不充分。多源遥感影像融合技术可提高影像分辨率和改善影像质量，有利于目标定位与识别，提高现有影像的应用价值，对于目标识别、疾病诊断、交通控制、地质探测、自然灾害预报以及安全监测等诸多领域的应用都有积极意义。本文介绍了多源遥感影像融合技术的常用方法以及各方法的优缺点，为实际应用中根据使用目的和侧重点不同进行融合方法选择提供参考。

基于双测量模型的多普勒测速及其组合导航

为降低光谱畸变对多普勒测速的影响,提高导航定位精度,提出了一种基于双测量模型的多普勒测速方法,即通过故障检测机制判断太阳光谱是否畸变,以分别采用多普勒差分测速或二维多普勒测速。此外,为减少多普勒测速导航存在的累积误差,将该方法与X射线脉冲星导航相结合进行组合导航。仿真结果验证了该方法的有效性,与其他X射线脉冲星/多普勒组合导航相比,该方法可抗光谱畸变影响,并可获得更高的位置和速度估计精度。

高分一号卫星影像融合方法及质量评价

影像融合是提高影像利用的有效方法之一。利用Brovey变换融合、PC主成分变换、GS融合和NND融合4种方法对高分一号的多光谱影像和全色影像进行融合试验。通过目视评价和定量评价方法对影像的融合效果进行评价。结果表明,Brovey变换融合方法在空间细节上表现好,PC主成份变换的光谱畸变小,但空间信息损失大,GS融合和NND融合在空间细节和光谱保真2方面表现都不错。

畸变光谱下光纤布拉格光栅传感网络波长检测优化方法

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感网络畸变光谱难以解调的问题,在超高斯光谱函数的基础上构造畸变光谱的理论函数,将畸变FBG传感网络光谱的解调问题转化为函数优化问题,提出了基于分布式估计算法的波长解调技术,并对已发生畸变的FBG传感网络进行解调实验。结果表明:分布式估计算法解调算法不仅能够在光谱畸变情况下保持较高的解调精度,其平均误差控制在1 pm以内,而且能够对光谱畸变的程度作出定量估计。与传统峰值检测解调技术相比,该方法解决了FBG传感网络畸变光谱波长难以解调的问题,为延长FBG传感网络使用寿命提供了新的途径,对提升FBG传感网络可靠性具有重要意义。