空间遥感智能处理技术发展

近年来,人工智能技术得到了快速发展,成为引领这一轮科技革命和产业革命的战略性技术,人工智能和传统空间遥感的深度融合,将带动遥感功能及应用的变革性创新。本文调研分析了智能遥感的应用场景、目前国内外的最新研究进展,以及未来空间遥感智能处理技术的发展重点,并对空间智能遥感处理技术的发展趋势进行展望。

电离层对月基对地观测平台辐射成像的影响

月基对地观测是一种全新的空间观测手段,其将月球作为搭载平台对地球进行持续长期观测,具有超大可观测范围、高测绘带幅宽、多角度成像、高时间分辨率和长使用寿命等优势。地球电离层位于地表以上至1000 km的高空区域,是影响月基对地观测成像质量的重要因素。为探索月基对地观测平台下热红外及微波辐射传输特性,研究开展了地球电离层对月基对地观测平台热红外和微波辐射成像影响分析的工作,并模拟不同纬度区域月基微波辐射亮温衰减值。首先根据Chapman分布定量化分析电离层电子浓度、折射率变化规律,再结合观测天顶角、碰撞频率等参数计算穿过电离层过程中不同高度处衰减及传输路径,最终采用积分方式获取热红外和微波在电离层中能量衰减量。结果表明,月基对地观测平台热红外和微波成像链路中电离层中造成的能量衰减与碰撞频率、热红外波长和观测天顶角有关,且地球电离层对月基对地观测平台微波成像的影响大于热红外成像的影响。此外,低纬度区域月基微波辐射受电离层衰减影响较大,月基微波亮温值降低约1.304 K;中纬度次之。

基于多指标的海面溢油范围在轨提取方法研究

随着海洋石油勘探开发和海洋运输活动日益频繁,海洋溢油污染已成为海洋环境的最主要威胁之一。现有的海面溢油遥感监测均基于下传到地面的遥感数据进行,很少做到在轨实时监测溢油事故的发生以及变化,由于卫星下传数据带宽有限,而遥感监测具有高时效性要求,迫切需要提高星载在轨数据处理能力,实现溢油监测。文章采用Landsat数据建立一种基于多指标的海面溢油范围提取方法,分为溢油光谱分析、基于自适应参数的溢油提取指标构建、基于归一化植被指数的溢油提取指标构建和单一指标提取结果的加权融合四部分,最终获取海面溢油范围提取结果。通过对比不同方法下海面溢油的提取结果,文章提出的海面溢油提取方法可以快速去除陆表、云区和无油海面的影响,较准确地提取出溢油区域。该算法复杂度较低、运算过程无需占用大量的存储资源,因此适用于在轨应用。

视频图像雨场去除仿真研究

计算机视觉系统在军事和民用领域有着广泛的应用,而雨场的存在严重影响计算机自动检测、识别和跟踪目标的能力。通过深入分析雨滴的色彩属性及动态特性,为提高识别目标的准确性,提出了先将视频图像转化到YCbCr颜色空间,然后采用二次k-means聚类去除视频图像中雨场的方法。相比传统在RGB色彩空间的雨场去除方法,在保证不降低处理效果的前提下,方法仅需要处理一个Y分量,节省了两个色彩分量的处理,提高了实时性。在MatLab平台下进行仿真结果表明:方法可以有效的去除视频图像中的雨场,为恶劣天气下视频图像清晰化提供一种可行的图像雨场去除处理方法。

基于FPGA的多格式数据传输设计

通过对数传接口数据的研究,提出了应用数传接口进行不同格式串行数据传输的设计。通过对不同种类数据的并串转换得到串行数据,将其进行不同的组合得到数传接口的多种格式数据,并基于FPGA进行了模块化设计。通过对其进行功能仿真、接口测试,以及对成像系统的图像数据的计算和分析,验证了该设计的正确性,并将其应用于某遥感相机的数传部分。该设计实现了数传接口的多格式数据传输,减少了数传接口的连接电缆和接口芯片的数量,有效地提高了数传接口的数据率,提高了数据传输应用的灵活性,对遥感相机的轻、小型化设计起到了重要的作用。

基于直方图分布的航天相机动态范围调整方法

动态范围自动调整对航天相机有重要意义,尤其是相机动态范围调整频繁,实时性要求较高时,需要动态范围实时自动调整才能满足要求。以灰度均值、最值作为动态范围调整的依据,都缺乏对图像信息分布的整体理解;而以图像熵作为图像动态范围调整的依据,效率不足。为此,文章提出了基于直方图分布特征的相机动态范围自动调整方法。该方法在统计图像直方图的基础上,进一步实施直方图信息提取,设计了直方图区域面积函数作为动态范围评价依据,并给出动态范围调整策略,调整的目的是使图像直方图更接近于理想的分布。基于直方图分布特征的方法相较于灰度均值、最值和图像熵的方法,能得到更优的调整效果。经大量实验验证,基于直方图分布特征的相机动态范围自动调整方法,能够获得较好的相机动态范围调整效果,且效率较高,运行稳定。

一种改进的多点融合非均匀校正技术

针对空间宽幅相机在进行非均匀性校正过程中相机镜头与积分球输出口的相对位置发生变换后非均匀性校正精度下降的原因进行了分析,提出了一种改进的融合多点位置的非均匀校正新方法,即为了消除积分球的角均匀性和面均匀性的不足,采用获取多个位置的大量定标图像,融合求取平均值的方法得到校正系数来削弱这种影响,并进行试验验证分析。结果表明,多点融合的校正方法在积分球输出口光强不均匀、又无法固定相机与积分球相对位置的前提下,减少了积分球光强的不均匀性对系数可靠性的影响,相对辐射定标的非均匀校正精度得到大幅提高。

“高分七号”卫星双线阵相机暗电流特性分析及校正

暗电流的有效去除能够提高相机动态范围,提高相机在低辐照条件下的成像能力。文章对"高分七号"卫星双线阵相机应用的两款CCD各谱段的暗电流及其噪声特性进行了分析,在此基础上分别选取了不同的暗电流估计方法,给出了校正算法的数学模型,利用FPGA开发工具对校正算法进行了实现,应用中分析了影响校正效果的各种因素。使用标定的暗电流估计系数进行暗电流校正,结果显示两台相机的暗电流均得到去除,选取的估计方法合理有效。

星上迭代图像处理算法的FPGA实现研究

针对现场可编程门阵列(FPGA)不擅长处理迭代运算的问题,提出一种基于FPGA的星上迭代图像处理算法的架构。首先,对算法所需参数个数进行估计;然后,依据参数个数及类型对双口RAM进行相应分配;最后,控制双口RAM和寄存器组"读""写"时序以实现算法迭代和不同CCD之间的运算切换。提出的算法架构嵌入了包含迭代运算的图像处理算法,使图像处理算法能够流水线处理多片不同类型的CCD,而只占用处理一片CCD的FPGA资源。实验以8片不同类型线阵CCD为例,FPGA的Slice资源仅占用20%,满足了设计需求,有效的提高了FPGA资源的利用率。且该架构可以广泛应用于其他迭代算法的FPGA实现中。