无人机高光谱成像仪场地绝对辐射定标及验证分析

利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据,对航飞中搭载的高光谱成像仪进行了场地绝对辐射定标。采用朗伯性较好、且光谱性能均一,反射率分别为4.5%,20%,30%,40%,50%和60%的6块高光谱辐射性能灰度靶标,利用反射率基法对高光谱成像仪进行绝对辐射定标。为了验证辐射定标结果,实验中另外铺设了四块高光谱性能辐射刃边靶标用以模拟在自然地物中出现反射峰或吸收峰时采用辐射定标系数计算表观辐亮度所产生的差异。结果表明因仪器噪声较大,在前15个波段(蓝光波段)误差较大。在靶标光谱较为均一的波段定标反演误差较小,一般小于10%,而在靶标光谱出现反射峰区段则误差较大,但一般在10%～25%之间。

无人机航空摄影质量评价

无人机航空遥感系统获取遥感影像具有多种特性。通过多次试验,得到大量的图像和信息数据。本文利用无人机飞行实验所获得的控制数据,分别从像片重叠度、航带弯曲、像片旋转角及航高差等方面对无人机航空摄影质量进行评定,并绘制了无人机实飞航迹与预设航迹,显示了无人机的定点拍摄效果。然后分别利用地面控制点和无人机飞行控制数据对所获得的遥感影像进行了正射校正处理,均能获得正射影像。结果说明作为一种新型的对地观测系统,它的空中摄影质量满足摄影测量的基本要求。

基于光谱吸收靶标的成像光谱仪光谱定标方法研究

中心波长和带宽是影响成像光谱仪数据定量化应用水平的两个重要光谱性能参数。针对覆盖光谱范围较窄的可见光与近红外波段成像光谱仪,提出了一种利用人工光谱吸收靶标进行光谱定标的方法,论证和建立光谱吸收靶标光谱定标方法的数学模型。在同一环境下利用成像光谱仪和ASD光谱仪对地面光谱吸收靶标进行准同步光谱测量,并进行反射率计算,然后通过光谱匹配计算中心波长偏移量和带宽变化量。利用该方法对设计带宽为6nm的可见光与近红外波段的成像光谱仪进行了地面定标实验。实验结果表明,该方法能够作为外场光谱定标的辅助手段,提高成像光谱仪的定量化应用水平。

无人机多光谱传感器场地绝对辐射定标研究

2010年10月14日无人机遥感载荷验证场科学实验在内蒙古乌拉特前旗展开,这是我国首个航空遥感定标验证场的首次科学实验。通过验证场实验数据及制作的朗伯特性好的六块高光谱辐射特性靶标,采用反射率基法对搭载在无人机平台上的宽视场多光谱相机进行了场地绝对辐射定标。结果显示,对于成功获取影像的绿光、红光及近红外通道的绝对定标结果中,计数值(DN值)与辐射传输计算得出的表观辐亮度之间的线性相关系数优于99%。经误差分析得到不确定度为5.19%,优于验证场课题要求的6%。定标结果表示,验证场所配备之高光谱辐射特性靶标适用于机载多光谱载荷的场地绝对定标,且定标结果可靠,可以用于地物参数的反演。

光栅色散型成像光谱仪室内外光谱定标中心波长偏移研究

成像光谱仪使用前需要对其进行光谱定标以确定其各光谱通道的中心波长和光谱带宽。但是室内外光谱定标实验结果表明随着使用环境的变化成像光谱仪各通道的中心波长和带宽将发生变化。对光栅色散型成像光谱仪各光谱通道的中心波长室内外定标结果的偏移进行研究,从光栅色散型成像光谱仪的光学结构和工作环境参数出发对造成其中心波长偏移的因素进行分析和建模,对震动、机械形变和浓度等主要影响因素进行理论推导和数量级估算,结合实验结果进行对比分析。理论推导和实验数据分析都表明光栅色散型成像光谱仪室内外光谱定标获得的各通道中心波长的偏移量与各通道的本征波长成二次函数的关系,其中震动和机械形变所带来的系统光路结构的细微改变是造成其中心波长偏移的主要因素,使用环境温度的差异也对该成像光谱仪各光谱通道的中心波长具有一定的影响。

基于辐亮度匹配的无人机载成像光谱仪外场光谱定标研究

针对可见光与近红外波段无人机载成像光谱仪,在保证精度的前提下,提出了一种快速优化二维反演算法,利用大气吸收特征作为参照,采用辐亮度匹配的方法,在不需要测量地面反射率数据的情况下,反演了成像光谱仪的重要光谱参数中心波长的偏移量和带宽变化量。利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据,在实验室光谱定标基础上进行了外场光谱定标。算法时间、成本大大减少,反演效率比常规二维反演算法提高了近100倍。通过地面光谱靶标对定标结果进行验证,对带宽为7 nm左右的成像光谱仪外场定标精度可达到0.1nm,一般优于0.5 nm。

无人机偏振遥感载荷系统的设计与实现

分析我国发展无人机航空遥感的必要性和可行性,针对某型民用无人机,利用系统集成的方法,设计无人机航空遥感偏振载荷系统。介绍系统的构成和工作流程,阐述系统的软硬件设计原理及实现的功能。地面联合调试结果表明该系统能够满足即将开展的航空遥感作业的要求。

基于辐射状靶标的航空相机MTF检测方法研究

准确把握成像系统调制传递函数(MTF)在运行过程中的变化,关系到遥感数据资源的合理及有效利用。该文采用实地铺设辐射状靶标的方法,利用无人机拍摄的靶标图像,对成像系统的MTF进行研究,计算了成像系统航向、垂直航向的MTF和靶标圆周上的MTF,并简要分析了航向和垂直航向MTF曲线存在较大差异的原因。

表面粗糙度对黑云斜长片麻岩不同探测角偏振度波谱影响研究

以黑云斜长片麻岩为例,探讨了表面粗糙度因子在350～2 500nm波段对岩石不同天顶角及方位角偏振度探测的影响,并在特征波段进行了定量分析。表明不同粗糙度的岩石表面,入射天顶角一定时,在镜面反射方位,偏振度随探测天顶角先是上升,到达最高值后又开始下降。(520±10)nm波段的偏振度在探测天顶角方向达到的最大峰值与表面粗糙度进行相关分析,发现他们呈幂函数关系。回归方程为:y=0.604x-0.297,可决系数R2为0.985 4。峰值所在天顶角度与表面粗糙度相关模型为,y=3.419 4x+51.584,y<90°,模型可决系数R2为0.817 7。偏振度随探测方位角变化的规律为以180°方位时偏振度最大,向两侧随探测方位离180°越远逐渐越低,并趋于0。(520±10)nm波段的偏振度在探测方位角180°方向达到的最大峰值与表面粗糙度进行相关分析,发现他们呈幂函数关系。回归方程为:y=0.582 2x-0.333,可决系数R2为0.984 3。对以上回归模型进行F检验,发现偏振度峰值及所对应角度与粗糙度之间存在显著的相关关系。

手持GPS测量面积变形误差研究

手持GPS有简单方便的面积计算功能。讨论了手持GPS面积计算的原理与方法。手持GPS计算面积时先将WGS-84坐标转换为高斯平面直角坐标,再以平面直角坐标求解面积。高斯平面直角坐标选择直角坐标系中央子午线离所测地区距离越远,误差就会越大。计算了相对误差并对面积计算结果进行了修正,结果表明:面积修正起到了减小误差的作用。

一种简易的激光雷达点云与光学影像自动配准方法

将激光雷达点云与光学影像进行配准融合,在数字城市建模、自动驾驶和导航避障等方面有重要的应用价值。当前多数自动配准方法需要专门设计特殊的场景结构,操作复杂。根据激光雷达对玻璃具有穿透的特性,提出利用透明的门窗等室内建筑物场景来实现对激光雷达点云与光学影像的自动配准。首先,将激光点云量化为图像,提取光学影像与量化图像的门窗角点特征,并利用相关系数法实现特征点的自动匹配;然后,对激光雷达与相机之间的配准转换参数进行求解;最后,对两种数据进行配准融合。实验结果表明:利用室内门窗这种规则的半透明场景,可以轻松实现激光点云与光学影像的自动化配准,简单实用,操作性强。

Design and optical characteristics test of airborne remote sensing calibration targets

从航空遥感载荷综合验证场的功能需求出发,于2008年—2009年设计并研制了一套用于光学遥感载荷几何性能评价、辐射定标、光谱定标的人工靶标,包括三线阵靶标、扇形靶标、辐射特性靶标、MTF靶标、光谱性能评价靶标5类。该套靶标采用可重复使用、可清洗、可拼接的材料,适用于航空遥感高分辨率、灵活机动的特点。为了检验靶标的光学特性能否满足定标要求,2010年11月对辐射特性靶标、MTF靶标和光谱特性评价靶标进行了飞行同步光谱测量和BRF测量。野外实验结果表明,该套靶标的光谱平坦性、朗伯性、对比度均符合定标场的要求,可以用于航空传感器定标实验与相关应用。

遥感信息质量提升的源端方法及其地学-光电参量关联物理基础

遥感信息质量提升是高分辨率遥感定量化发展的基础和追求目标.本文提出了一种从成像系统源端提升遥感信息质量的新方法,实现了地学-光电参量的相互转换,通过连续调整成像传感器光电参量使得地物观测影像误差最小化,即提升遥感信息质量.具体是通过外场定标实验获得的影像DN值,利用地物L的校正模型DN=kL+g,调整光电参量使得真实拟合系数k逼近1和偏差g逼近0,此时影像DN值接近地物真值L.进一步地,当k偏离1, g偏离0时,地物观测误差增大,仪器退化.然后根据光电参量分解方程可得到仪器退化的具体部件,得以跟踪仪器性能并进行改进.以此建立的地学-光电参量转换遥感成像载荷品质度量、研发新机制,建立地表参量与成像系统光电参量有效关联,从光电成像系统源头破解遥感成像误差难以等效度量的难题.理论和实验证明其有效可行.