高分辨率卫星立体双介质浅水水深测量方法

提出了一种基于高分辨率卫星多光谱立体像对的浅水水深测量方法。该方法利用多光谱近红波段消除太阳耀斑,以有理函数模型(RFM)构建测区原始DEM,通过水陆边界内插获得水面高程,并采用双介质近似折射改正模型消除目标点垂直坐标偏移。试验表明,本文的模型方法和处理流程在水面平静、底质纹理丰富的浅海岛礁水深反演中能取得优于20%的相对测深精度,可为浅水水深测量提供新手段。

用于单幅影像匀光的Wallis算法

匀光处理是消除光学遥感影像中亮度和色彩分布不均匀现象的过程。经典的Wallis算法仅用于保持两幅或多幅影像间的色调和亮度一致性。这里提出了一种用于单幅影像匀光的Wallis算法,讨论了从待处理影像中选择校正标准的方法;同时利用以像点为中心的局部参数统计值代替分块参数值,有效地避免了"分块效应"。通过实验并与现有Retinex匀光算法进行比较,结果表明改进后的Wallis算法能够有效减小图像反差,取得更好的匀光效果。

利用线阵卫星立体像对的平行特性生成核线影像

针对线阵推扫卫星影像的核线特点,研究了基于平行特征的核线影像生成方法。首先将影像分块并利用有理函数模型和投影轨迹法计算核线对,在分析核线斜率及直线拟合误差的基础上研究核线的平行特征,平行性好时旋转核线倾斜角相同的角度生成核线影像,最后以同名点上下视差为标准评价方法的可行性。试验结果表明,基于平行特性直接旋转一定角度的核线影像生成方法虽不具备普遍适用性,但对World View-2卫星4波段多光谱和全色等特定影像是可行的。

双介质摄影测量的折射改正方法

为了提高利用光学立体像对进行水下目标三维定位的精度,本文基于光线在空气和水体两种不同介质中的传播规律建立了光线折射改正模型。从航迹方向、航迹垂直平分线方向和普通情况三种角度讨论双介质摄影测量的几何关系,定量分析光线不严格相交造成的平面误差,并推导双介质折射改正公式。利用近景摄影条件下的立体像对验证折射改正方法的正确性,结果表明在实验室条件下,双介质摄影测量的相对测深精度优于3.5%。

利用回波波形特征实现激光雷达的水陆分离

针对双频测深激光雷达数据的特点,研究了利用激光回波波形特征实现点云数据水陆分离的方法。激光和水体的相互作用通常会导致激光回波波形的展宽,与仅在空气中传播的陆地激光回波有明显区别。首先采用高斯函数对回波数据进行波形模拟,用期望方差最大法求解高斯函数的最优参数,得到波形拟合特征参数,随后以绿波段的波宽之和以及红波段与绿波段振幅比值这两个指标作为水陆分离的特征参数,采用最佳阈值分割法得到阈值参数并实现水陆分离,最后采用遥感影像辅助生成准确的水陆点云类别,评价本文方法的分类精度。实验结果表明,基于回波波形特征和阈值分割的方法能够较为准确地实现双频测深激光雷达数据的水陆分离,数据正确率优于94%。

南海区域卫星多光谱影像太阳耀斑消除方法

太阳光线被水面直接反射到传感器会造成耀斑污染的现象。高分辨率卫星影像可利用近红外波段消除太阳耀斑。在分析耀斑产生的辐射传输过程的基础上,利用World View-2卫星4波段和8波段多光谱影像设计实验,比较了3种常见的高分辨率太阳耀斑消除算法。结果表明,各种耀斑消除算法的目视效果都较为优秀,定量应用场合下Hedly算法和Goodman算法更有优势。

TDI行积分时间跳变对视差的影响及纠正方法

TDI-CCD相机是当今高分辨卫星系统的主要成像载荷。由于TDI的特殊成像机理,为了确保图像清晰,需要在轨实时调整每一行积分时间。这里以天绘一号多片交错式TDI-CCD高分辨相机为研究对象,推导了行积分时间跳变与相邻CCD重叠区同名点视差变化的关系,表明由于行时跳变造成的同名点错位最大可达6像素。针对存在行时跳变的卫星影像,可以在沿轨方向以行时均衡为标准进行一维重采样,实验表明该方法可以较好地消除行时跳变造成的视差错位,从而为高精度的影像拼接创造条件。

机载激光测深系统椭圆扫描轨迹及覆盖情况分析

以国内外两种典型机载激光测深系统CZMIL和LADM-II为研究对象,介绍了两种系统的扫描机械结构,并针对椭圆扫描构建了激光点云轨迹模型,采用模拟计算、图形仿真和统计分析等方法对比了两种系统的点云分布及覆盖情况。实验结果能为工程应用中测线布设和改善我国机载激光测深系统设计提供参考。

高分十四号激光测量系统在轨几何定标与初步精度验证

高分十四号卫星搭载了一台三波束激光测距系统,用于辅助双线阵光学相机开展全球1∶10000无地面控制点立体测图。由于振动及环境等因素变化,激光测高仪的几何参数相比实验室测量参数会发生改变,必须开展高精度在轨几何定标。针对高分十四号激光载荷的特点,构建了激光测高严格几何模型,在大气改正、潮汐改正的基础上,利用地面探测器阵列捕获的激光光斑开展激光器在轨几何定标与精度验证。实验结果表明:高分十四号激光测量系统标定后3个波束的高程精度(1σ)分别优于0.190,0.256和0.220 m,达到设计指标,可作为高程控制点开展业务化生产。

利用偏置矩阵提高天绘一号卫星影像定位精度

受卫星姿态、位置精度以及传感器安装误差的影响,卫星对地定位会不可避免地产生系统误差。将定位系统误差归结为偏置矩阵,并推导了基于共线方程的表达形式。针对天绘一号高分辨影像进行实验,结果表明,该系列影像利用辅助姿态轨道数据直接定位时,存在不容忽视的系统误差;采用少量地面控制点可以解算偏置矩阵,从而将定位精度提升一个数量级,同时偏置矩阵对一定时间内的其他影像也有纠正作用。

BP神经网络遥感水深反演算法的改进

针对BP神经网络遥感水深反演算法(简称传统BP算法)的缺点,提出了改进型BP神经网络遥感水深反演算法(简称改进型BP算法),其基本原理是在模型训练过程中反复运用粒子群算法对BP神经网络的权值和阈值进行优化以弥补传统BP算法的不足。试验表明:改进型BP算法的训练迭代收敛速度明显快于传统BP算法,浅水区的水深反演精度优于传统BP算法,且学习算法对初始权值和阈值不敏感。

高分十四号立体测绘卫星无控定位精度初步评估

高分十四号卫星是我国目前测绘精度最高的卫星之一,采用了先进的多载荷一体化对地观测技术,主要用于全球范围内高精度定位和测制1∶10 000比例尺地理信息产品。本文重点介绍高分十四号卫星有效载荷和地面测绘处理系统及其性能,并利用国内外高精度检测场进行了几何性能评估。试验结果表明:单航线无控定位精度境内区域达到平面1.80 m(RMS)、高程0.80 m(RMS),境外区域达到平面1.76 m(RMS)、高程0.82 m(RMS),无控定位精度处于国际已公布的光学摄影测量卫星的最高水平。

四种遥感浅海水深反演算法的比较

详细介绍了单波段线性回归模型、两波段比值线性回归模型、多波段组合线性回归模型、BP神经网络模型等4种光学遥感水深反演算法,然后利用同一地区、同一时期的Worldview-2多光谱遥感影像和实测水深数据,对4种水深反演模型的准确性进行了实验比较。研究表明:多波段组合线性回归模型、BP神经网络模型的水深反演的性能较好,利用多光谱遥感图像数据反演得到的水深值误差较小;而单波段线性回归模型、两波段比值线性回归模型的效果较差。

基于WorldView-2遥感影像的龙湾港浅海水深反演

根据遥感水深反演原理,利用海南岛龙湾港的World View-2多光谱卫星数据和海图水深资料,通过对水深进行0~2,2~5,5~10,10~15和15~20 m的分区处理、潮汐改正和海图水深数据与相应图像波段反射率值的相关性分析及回归分析,建立了浅海水深线性回归反演模型,开展了浅海水深的实际计算与精度分析。结果表明:对不同水深范围分别建立线性回归模型反演的水深精度要高于未分区建立的模型;分区模型中,多波段模型在0~5 m的反演精度最高,而双波段比值模型在5~20 m的反演精度最高,但是反演水深在最浅处的精度还有待提高。本文方法提取的水深与海图水深数据变化趋势基本相似,可以满足海洋科学研究对大范围浅水水下地形探测的要求。

高分十四号卫星双线阵相机高精度在轨几何标定

在轨几何标定是卫星实现高精度定位的关键环节。本文基于宁夏1∶2000数字化定标场采用前方交会与后方交会交替迭代的方式对双线阵相机标定参数进行整体解算,实现了高分十四号卫星双线阵相机高精度在轨几何标定,并利用全球多处检测场对标定结果进行了检测试验。试验结果表明,通过高精度在轨几何标定后,高分十四号卫星影像无地面控制条件下直接前方交会精度达到平面2.34 m(RMS),高程1.97 m(RMS)。

结合邻域SAC-NED测度的高光谱图像分类方法

提出了一种光谱相似性测度用于高光谱图像分类方法。通过将光谱向量进行归一化处理,将计算得到的欧氏距离与光谱角余弦的值域归化到相同区间,得到光谱角余弦与欧氏距离联合测度值(SAC-NED)。在对图像像元进行分类时,以距离加权的方式将邻域像元参与中心像元SAC-NED值的计算,将像元分到SAC-NED值最大的类别。通过与其他5种常用相似性测度方法的实验结果对比表明:该算法能够提升高光谱图像分类的准确性和稳定性。

技术分解与艺术还原——浅析原创动画短片中乡土元素的分解与还原

动画的基本技术是分解与还原,在笔者教学研究过程中,通过反复对比分析与实验,得出一个能准确制作出动画中各种动作动态的模式,即"动作动画模式",该模式的核心思想是根据设计稿的指示,大量采集素材,然后进行技术分解与艺术还原,遵循"方案——素材——分解——还原"四个程序。在一年半的原创动画短片《寻找智慧叶》创作实践中,片中所有动态均使用这个模式来进行设计与制作,进一步验证与充实了该理论。

基于地理加权回归模型的水深反演算法研究

利用卫星多光谱数据反演浅海水深是水深测量的一种重要手段。已有水深反演方法是在研究区建立统一的数学参数的反演模型,未考虑由于海底底质和水质变化导致的空间非平稳性问题。本文使用地理加权回归模型(Geographically Weighted Regression,GWR)对回归参数在空间上进行估计,针对GWR模型的带宽对反演精度的影响,使用了交叉验证(Cross Validation,CV)的方法来确定最佳带宽,并以南海永兴岛和甘泉岛海域为实验区,基于WordiVew-2多光谱数据对使用GWR模型的可行性和精度进行了验证。实验结果表明:永兴岛研究区GWR模型精度较线性回归模型提高了36.05%,在0～5,5～10,10～15和15～20m区间,精度分别提高了49.46%,39.97%,12.36%和49.68%;甘泉岛研究区GWR模型精度较线性回归模型提高了8.08%,在0～5,5～10,10～15和15～20m区间,精度分别提高了12.05%,16.23%,4.49%和12.23%,表明GWR模型具有更好的水深反演效果。

基于机载激光技术的浅海水深测绘应用分析

受船载仪器、海况等要素限制,传统水深测量中浅水区域无法对浅海水深进行测量。为克服此困难,利用近年来新兴的机载激光测深系统(light detection and ranging system,简称LiDAR)进行浅海水深测量,用LiDAR获取的点云数据进行处理后得到的水下地形等深线与海图图载水深进行直观对比,同一坐标点下的点云水深与截图水深进行定量分析。结果表明,LiDAR获取的水深精度高,水深点密集,可更快获得浅海区域详细的高精度的水下地形。这些优点使其在近岸浅海海岸防护、围海造田、港口建设等海洋工程项目中应用前景广阔。此外目前国内LiDAR技术主要用于陆地,应用于浅海水深测绘还很少,本研究对机载LiDAR进行水深测量的研究进行了补充。

ICESat-2 ATL08去噪算法实现及精度评价

针对光子计数激光点云特点,研究实现了ICESat-2卫星ALT08技术文档点云去噪算法与精度评估。首先逐点计算目标点邻域范围内点的总数作为局部密度值,由于信号通常比噪声在空间分布上更集中,密度直方图常呈噪声在左、信号在右的双峰特点;然后通过峰值计算、距离判断等计算噪声与信号高斯函数初值,并采用高斯函数加期望方差最大算法拟合两个精确的波形位置;最后将双高斯函数交点位置作为去噪阈值,小于阈值的点标记为噪声,大于阈值的为信号。通过MABEL数据的试验结果表明:当信号噪声呈现典型双峰分布特征时,算法去噪效果优秀,精度优于98%,处理不符合双峰特征数据时效果变差。