基于超光谱遥感技术的广州夏季O_(3)垂直分布和潜在来源研究

广州市是珠三角城市群中心城市之一,臭氧污染逐渐成为影响该地区空气质量改善的重要因素,迫切需要开展污染成因研究。本研究基于2023年6—8月广州市超光谱遥感监测站点番禺大学城站数据,对广州市夏季臭氧垂直分布特征进行分析,并解析臭氧污染潜在来源情况。结果表明:1)超光谱遥感观测数据与近地面国控站点监测数据相关性验证结果良好,超光谱遥感结果准确可靠;2)广州市夏季臭氧每日高值主要出现在下午15∶00—16∶00的边界层中层,夏季6月和7月平均值高于8月;3)广州地区臭氧浓度受外源输入影响较大。近地面臭氧主要来源于广东省东部;边界层中层臭氧主要来源于广州市偏东方向;高层臭氧主要来源于广州市东北方向,同时,广州市西南方向对臭氧输送也有所贡献。

一个新的正则化张量补全算法及其在图像处理与超光谱数据分析中的应用

非负张量补全问题是在已知特定区域的张量数据集前提下,对部分受干扰、破坏的数据进行修复或补全以达到还原数据集和揭示事物本质的目的.本文引入一种修正的交替方向多乘子算法并结合正则化策略来求解非负张量补全问题,同时给出算法的收敛性定理和结论.最后,将该算法应用于超光谱图像处理及其数据分析中.数值结果表明所提出算法的有效性.

推帚式超光谱成像仪(PHI)关键技术

成像光谱仪把二维成像技术和光谱技术有机地结合在一起，是具有重大潜力的对地观测仪器。近年来，随焦平面探测器推帚成像技术的发展，先进国家研制成功了超光谱成像仪，成为成像光谱技术的又一生长点。本文结合工作经验，介绍以硅面阵电荷耦合器件（ＣＣＤ）为探测器的推帚式超光谱成像仪ＰＨＩ的关键技术及发展前景。

军用卫星超光谱成像技术的发展与应用

概要分析了卫星超光谱成像技术的发展,论述了超光谱成像技术的概念和应用范围。在简单概括美国空军领域发展之后,重点分析了美国海军和NASA在超光谱成像技术领域的发展与应用。

基于超光谱图像的舌体分割算法

舌体分割是实现中医舌诊现代化的一个前提工作,分割质量直接影响舌象诊断的性能.然而由于舌的生理特征比较复杂,舌的形态以及舌与嘴唇的连接各不相同,使得舌体分割比较困难.本文采用超光谱成像系统代替数码相机采集舌图像,并借鉴光谱角度匹配算法,发展了基于超光谱图像的舌体分割算法.这一算法通过光谱角度匹配算法将超光谱舌图像立方体转换成光谱角度立方体,然后采用一维脉冲波形的边沿信息检测出边缘信息,最后实现了舌体的分割.试验表明,这种基于超光谱图像的舌体分割算法可以较为准确地将舌体分割出来.

基于环境一号卫星超光谱数据的多元回归克里格模型反演湖泊总氮浓度的研究

水体中总氮含量是表征湖泊水质的主要指标,利用遥感技术对其动态定量监测可以及时掌握湖泊污染状况。文章以巢湖为例,利用HJ-1A卫星HSI超光谱遥感数据,通过分析总氮与叶绿素a、悬浮物的相关性,采用回归克里格方法建立总氮浓度的定量反演模型,实现了对巢湖水体总氮浓度的反演。结果显示,波段B72,B79和B97的多元线性组合与总氮浓度的相关系数R2为0.76,而利用多元回归克里格模型,相关系数R2提高到0.83。通过使用这种对常规回归模型残差优化的方法,能有效提高反演的精度,为建立通用的湖泊总氮浓度定量反演模型提供了有益的探索。

超光谱成像仪在轨辐射定标及不确定性分析

介绍了超光谱成像仪的技术参量、成像原理、实验室定标和星上定标的方法.利用超光谱"图谱合一"的特点,对常规的反射率基法提出改进,实现了超光谱成像仪的辐射定标.分析了辐射定标过程中地表测量、大气参量及卫星图像产生的不确定性.结果表明:105个通道定标系数的不确定度优于7%,改进后的定标方法可以实现环境卫星超光谱成像仪的在轨辐射定标.

微型集成超光谱成像系统

设计了一种便携式高集成度超光谱成像系统，其特点是将系统中的所有光学元件固化在两块胶合而成的普通玻璃表面。介绍了系统的结构原理与设计思想，给出了设计实例及像质评价。优化设计的超光谱成像光学系统由3个同心球面光学元件构成，曲率中心与入射狭缝、CCD接收器位于同一平面内，系统尺寸〈30mm×30mm×30mm。光学系统在可见光波段（0．4～0．8μm）工作，相对孔径〉1：2．5，放大倍率为1：1，无色畸变，谱线弯曲仅为几个纳米，满足物方和像方远心，成像质量接近衍射极限，光谱分辨率高、稳定性好，适用于航天、生物医学等领域。

谐衍射中、长波红外超光谱成像系统设计

为了充分利用中波红外和长波红外的光谱信息，建立了谐衍射中、长波红外超光谱成像系统。利用谐衍射元件独特的色散特性，将谐衍射透镜应用于中、长波红外超光谱成像系统中，使系统在中波红外3．7～4．8μm和长波红外8．5～12μm的2个谐振波段内获取二百多个不同波长的图像信息。设计结果显示，在中波红外波段18lp／mm处，光学调制传递函数〉0．52；长波红外波段13lp／mm处，光学凋制传递函数〉0．51；光学系统的点斑均方根直径在中波红外波段小于279m，在长波红外波段小于34μm。得到的结果表明，光学调制传递函数在各个波长处均接近衍射极限，点斑的均方根直径完全可以与国内现有探测器的像元尺寸匹配。

干涉超光谱图像分析与近无损压缩CPLD实现

介绍了干涉超光谱卫星遥感图像的成像特性,计算、比较分析了干涉超光谱图象的空间维与光谱维的相关性,提出了一种近无损压缩的局部DPCM算法.选用CPLD在MaxplusⅡ使用VHDL语言对该压缩算法进行了硬件描述和仿真.仿真结果表明该压缩算法简单可行,易由硬件实现.

超光谱遥感图像特征分析

超光谱遥感图像是一种三维立体图像，可反映地物的空间信息和光谱信息，其数据量庞大。本文通过对实际多光谱遥感图像的测试，分析了空间相关性和谱间相关性；计算出自相关系数和互相关系数；并与普通图像进行比较，揭示了超光谱图像的特征，为超光谱图像处理和压缩编码奠定了理论基础。

多光谱、超光谱成像技术在军事上的应用

对多光谱、超光谱成像技术的原理、特点,以及二者之间的区别和联系等技术问题进行了较为详细的讨论,并重点列举了该项技术在军事上的应用,较全面地介绍了多光谱、超光谱成像技术在军事应用中的使用方法和研究状况,以及成像光谱仪器的发展水平和有关技术,并对该技术的发展趋势进行了展望。

PHI超光谱成像系统及其海洋遥感应用前景分析

超光谱成像仪研究是成像光谱技术领域中的一个新的课题 .该成像仪利用高分辨率的焦平面探测器在保持其空间分辨率和信噪比的基础上 ,可得到多达几百个波段的光谱图像数据 .本文阐述了它在海洋遥感应用中的发展前景 ,并分析了PHI(PushbroomHyperspectralImager)

基于超光谱比值辐射仪的卫星自动化场地定标与分析

针对我国光学遥感卫星高频次和高精度定标的技术需求,以及目前人工方式进行定标的不足,调研国内外卫星定标的发展现状,研制了超光谱比值辐射仪自动化定标系统,并开展了卫星传感器自动化定标的试验。根据场地定标中的参数需求与自动化定标的目标,比值辐射仪设计积分球测量光谱总照度,并通过遮挡的方式实现了光谱漫照度测量,获得卫星定标中的漫总比数据;同时,辐射仪利用光学镜头的方式实现地面辐亮度测量,实现了大气-地表辐射特性的自动观测,同时仪器集成了定标数据实时预处理和远程传送等功能。在2015年敦煌辐射校正场试验中,辐射仪得到了理想的应用效果并获得了大气光学参数、地表反射率的数据,为卫星传感器的定标提供了数据支持。经过与传统测量仪器的对比,地表反射率的相对偏差在0.5%~1.5%,大气参数中光谱辐照度的绝对偏差小于5%,漫总比的绝对偏差不大于0.015%。采用辐照度基法利用测量的数据对Aqua MODIS光学遥感器的通道1~5进行了场地定标,通道1~4的对比相对偏差小于1%,通道5的偏差结果为7.24%,验证结果满足了卫星传感器自动化定标的初步需求。

环境卫星HJ1A超光谱成像仪在轨辐射定标及光谱响应函数敏感性分析

环境卫星HJ1A搭载的超光谱成像仪HSI是我国第一个对地观测的星载高光谱传感器,针对超光谱成像仪缺乏各通道光谱响应函数这一问题,对传统的反射率基法予以改进,提出一种不使用光谱响应函数的场地定标方法。利用敦煌场地2009年8月定标实验数据,实现超光谱成像仪在轨辐射定标。通过构建不同形状的光谱响应函数,分析光谱响应函数形状对最终辐射定标结果产生的误差。结果表明,利用新提出的场地定标方法可以实现超光谱成像仪绝对辐射定标,除水汽和氧气吸收通道外,光谱响应函数对定标结果的影响小于3%,采用新定标方法得到的定标系数可以满足应用的需求。

新型超光谱大气CO_2遥感探测技术

论述了空间外差光谱技术在大气CO2超光谱遥感探测中的应用。分析了高精度大气CO2遥感探测所需的光谱波段、光谱分辨率以及信噪比等重要指标,以此为设计依据,开展了大气CO2空间外差光谱仪核心元器件指标的计算。利用Y-12飞机进行航空验证实验,分别采集了农田、工业区、沙滩区域的CO2吸收光谱数据,并开展了数据处理,获取了机载平台下的CO2精细吸收谱线。初步的反演结果表明空间外差光谱技术能够满足大气CO2等温室气体的遥感探测灵敏度要求。

基于谱间DPCM和整数小波变换的超光谱图像无损压缩

分析了干涉成像光谱仪所获取图像的谱间和空间相关性,提出了一种混合无损压缩方案.首先进行谱间DPCM预测,再对残差图像采用整数小波变换,最后对小波系数进行二值自适应算术编码.实验结果表明,该算法可实现无损压缩,压缩比平均可达2.018,较二维整数小波变换算法提高40.3%.并且算法复杂度较低,只有加减和移位运算,易于硬件实现.

分子超光谱成像系统应用于糖网病药物疗效研究

将成像技术和光谱技术相结合,再配合显微镜技术,研制了基于AOTF(acousto-optic tunable filters)的分子超光谱成像系统.使用该系统采集了正常、糖尿病和EPO(erythropoietin,促红细胞生长素)药物治疗的大鼠视网膜组织切片的分子超光谱图像数据.通过对正常组、糖尿病组、药物治疗组共30例样本的分子超光谱图像数据进行处理,获得了3组样本的单波段图像和伪彩色合成图像,并提取了各组样本外核层的典型透射光谱曲线.从图像上分析各组ONL(outer nuclear layer,外核层)的厚度,由大到小依次为正常组、治疗组、糖尿病组,由于糖尿病会引起视网膜外核层细胞凋亡和厚度减少,实验结果表明经EPO治疗后可增加视网膜外核层的厚度.从光谱上分析各组的透射强度,糖尿病大鼠视网膜外核层组织在550～1000 nm光谱范围内的透射强度整体高于正常组,经EPO治疗后,透射强度介于正常组和糖尿病组之间;通过光谱相似性分析,治疗组与正常组之间的光谱相似性高于糖尿病与正常组.实验结果表明EPO能减少视网膜外核层细胞凋亡,对糖网病大鼠有一定的疗效.因而分子超光谱成像系统可以作为一种新的手段,辅助科研人员对糖网病的发病机理和致盲原因及药物疗效进行研究.

基于多尺度分解的超光谱图像异常检测

提出了一种基于多尺度分解的超光谱图像异常检测算法。在目标和背景均未知的前提下,利用光谱和空间两种信息完成对异常目标信号的定位,从而实现超光谱遥感数据中异常目标检测。首先利用非下采样塔式变换对超光谱图像进行分解,将其划分为不同尺度子块;然后依据超光谱图像同一波段不同尺度空间内相邻系数的相关性,采用不同波段各个尺度空间的反锐化掩模方法优化背景数据分布,从而抑制异常数据对背景的干扰;最后利用设计的核RX算子得到异常目标检测结果。为验证方法的有效性,利用真实和模拟的AVIRIS数据进行了实验,并与经典RX算法相比较,实验结果表明,基于非下采样塔式分解的异常检测方法具有更好的检测性能和较低的虚警。

机载可见-红外超光谱成像仪信噪比的估算

信噪比表征光谱成像仪的辐射响应,是与其图像质量密切关联的重要参数。对于机载超光谱成像仪,在保证光谱分辨率的同时,要求其信噪比达到数百量级。有别于单色相机,光谱成像仪的信噪比估算侧重于获得其工作波段内各波长处的信噪比值。仿真实际的拍摄条件,特别引入了入射狭缝对视场限制所引起的信噪比衰减,综合考虑平台高度、太阳高度角、地面反射率等环境因子,利用"中分辨率大气传输模型"建立光信号的大气传输模型。超光谱成像仪的工作波段覆盖可见、近红外范围,同时使用的两个探测器的噪声需分别予以计算。信噪比的估算可作为机载超光谱成像仪总体设计和参数确定的依据。