资源一号02D卫星可见短波红外高光谱相机研制

高光谱技术获取的地物观测数据可应用于精细化的地物分类。文章论述了资源一号02D卫星上的主载荷之一可见短波红外高光谱相机(AHSI)的基本结构、成像原理和技术特点。通过在轨测试验证了该相机的主要性能指标,相机光谱范围覆盖可见到短波红外(400~2500nm),实现了可见近红外10nm、短波红外20nm的光谱分辨率,可以以30m空间分辨率获取地面60km幅宽的高光谱图像,具有突出的地物分类和识别能力,在国土资源和地质矿产调查,生态环境以及灾害监测,农、林、牧业精细作业,城市规划等领域具有良好的应用前景。

“高分五号”可见短波红外高光谱相机使我国高光谱遥感技术再上新台阶

据中国科学院上海技术物理研究所网站报道,2018年5月9日,北京时间2时28分,我国在山西太原卫星发射中心成功发射“高分五号”高光谱卫星.中国科学院上海技术物理研究所承担研制卫星红外地平仪（已在入轨初期成功捕获地球）和可见短波红外高光谱相机.

基于可见光-近红外高光谱信息与数据融合的木质化鸡胸肉的判别模型构建

木质化鸡胸肉(wooden breast,WB)制约肉鸡行业发展,传统触诊检测方法耗时且效率低,为提升高光谱成像(hyperspectral imaging,HSI)技术检测鸡胸肉木质化程度的效果,本论文以白羽鸡鸡胸肉为研究对象,将其划分4个木质化等级,采集其在400~1000和1000~2000 nm内的HSI信息,通过不同光谱预处理算法和特征波段筛选方法,建立基于全波段、特征波段和HSI数据融合的偏最小二乘判别分析(Partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)模型和支持向量机(Support vector machine,SVM)模型。结果显示,SVM模型比PLSDA模型更适于判别鸡胸肉木质化程度,基于1000~2000 nm内全波段和特征波段的最佳模型预测集总体正确率均高于400~1000 nm内的模型,基于两波段HSI数据融合的木质化判别模型优于基于单一波段(包括全波段和特征波段)的模型,最佳模型预测集总体正确率为96.7%,能较好地区分出4个木质化等级,且对4个等级的判别准确率均可达90%以上。研究结果为HSI实现木质化鸡胸肉的准确无损检测提供技术支持。

星载遥感短波红外高速高光谱成像仪坏像元识别

为改善干涉成像短波红外高速高光谱成像仪的坏像元对复原光谱的影响,利用高光谱成像仪测试流程建立了坏像元识别模板,以提高坏像元识别效率。首先,按照高光谱成像仪测试流程设置增益模板和帧频模板并采集图像数据,依据正常像元增益响应设定合理判定阈值Th1,识别不同增益下异常像元并记录对应坐标值;再依据正常像元帧频响应灰度值设定合理判定阈值Th2,识别不同帧频下异常像元并记录坐标值。最后,对比增益模板和帧频模板判定的异常像元,融合确定坏像元。实验结果表明基于增益模板和帧频模板的识别方法在不增加设备研制测试成本的同时有效识别出短波红外高光谱成像仪探测器的坏像元,为可靠识别短波红外高光谱成像仪坏像元提供了一种低成本、高效可靠的新方法,提高了干涉成像高光谱成像仪光谱反演准确性。

机载高光谱可见近红外/短波红外模块视轴角自校正方法研究

外视场拼接是实现机载高光谱成像系统同时具有大视场与宽光谱采样范围的有效方式。由于各个成像单机独立安装,对应的可见近红外模块单机与短波红外模块单机之间的视轴角会在设备长时间运行后产生变化,视轴角的变化会对可见/短波红外的数据融合效果产生负面影响。而视场重叠使基于对极几何和平面单应性的校正方法不能有效地解算出对应可见/短波红外单机之间的视轴角,因此无法对视轴角偏差导致的图像失配进行修正。针对使用外视场拼接来扩大总视场和总响应带宽特点的机载高光谱成像系统,本文提出了一种视轴角和焦距校正算法。通过使用多级特征筛选方法,结合最小化重投影误差,实现了可见近红外/短波红外对应单机之间视轴角与相对焦距的自校正,提高了图像配准精度。该算法已经应用于AMMIS机载大视场高光谱成像仪。实验结果表明,该方法最大平均误差小于0.2像素,且对倾斜放置的相机也具有很好的适应性。

拼接型短波红外探测器的光谱响应特性

红外探测器的光谱响应一致性影响高光谱成像仪器的动态范围,研究高光谱成像用拼接型短波红外探测器在同一光谱维的响应均匀性对提高高光谱成像性能有重要意义。通过测量相对光谱响应和窄带响应,对响应波段为1.0~2.5μm、规格为2000×256的碲镉汞短波红外探测器光谱响应率进行测量和分析,提出用光谱响应非均匀性定量化分析光谱响应一致性。分析了在80℃和140℃不同的黑体温度下,窄带滤光片的中心波长和半带宽不同时,带外截止深度为OD3时,带外信号对窄带性能测试误差的影响。通过测量探测器模块的光谱响应率,计算拼接的2000×256探测器在1μm、1.9μm和2.5μm处的响应非均匀性分别为6.23%、6.06%和4.07%。光谱响应率的准确测量实现了拼接型短波红外探测器的光谱响应一致性的定量化评价,有利于探测器在高光谱成像中的合理应用。

高光谱短波红外地物光谱仪的光机设计

基于平场凹面光栅分光和线列阵探测器探测的最新设计方案，进行了短波红外波段地物光谱仪的光机设计。仪器采用光纤导光，两个独立单元分别探测，最大限度地简化了光学及结构设计。更换前置光学系统改变探测视场，视场内的辐射经过前置光学系统均匀地照亮入射光纤，保证了两探测单元的视场相同。根据入射光通量、光谱分辨率和狭缝的关系确定入射狭缝的大小，仪器光谱覆盖900～2400nm，光谱分辨率优于12nm，适合野外短波红外波段的探测。

短波红外高光谱成像仪背景辐射特征研究

文章指出背景辐射对短波红外高光谱成像仪辐射精度、信噪比是有影响的.给出了色散型短波红外光谱仪的背景辐射定量计算模型,分析了温度及温度变化与辐射精度的关系,并通过实验数据进行了验证.在背景辐射特征分析的基础上,分析总结了小相对孔径冷屏、高精度温控、冷光学、经常性标定等几种减小背景辐射影响的措施.本文的研究工作对于提高高光谱成像仪研制的定量化水平具有参考价值.

基于短波近红外高光谱和深度学习的籽棉地膜分选算法

采用膜下滴灌棉花种植模式,在机械采摘过程中地膜易混入籽棉,对后续棉花加工影响极大。地膜无色透明且无荧光效应,常规方法很难识别。为了解决地膜的分选问题,提出一种基于短波近红外高光谱和深度学习的籽棉地膜分选算法。首先,针对高光谱图像中地膜与非地膜像素点光谱特征区分不明显的问题,利用堆叠自适应加权自编码器逐层提取与输出相关的低维非线性高阶特征;然后,将此高阶特征作为分类器的输入,采用粒子群优化的极限学习机实现初步分类;最后,对分类结果进行类型合并,运用形态学方法以及连通域分析,剔除误识别区域,得到优化后的地膜分类结果。经仿真试验及现场测试,算法对地膜识别率达到95.5%,地膜选出率达95%,满足实际生产需求。

高光通量短波红外静止干涉成像光谱仪研究

讨论高光通量静止干涉 (傅里叶变换 )成像光谱仪的基本原理及结构特点 ,建立了短波红外的高光通量静止傅里叶变换光谱仪的实验系统 ,并给出了实验结果。

基于高光谱数据研究应用近红外相机加装滤光片实现玉米叶片水分测量的关键参数

实现玉米等活体作物叶片不同区域以及近地冠层的水分含量检测,可为研究作物生长中的水分胁迫响应机制,以及旱情监测、精准灌溉等提供有效技术手段。大体积、大重量、低光通量的高光谱仪难以在田间实现活体检测,将小体积、小重量、高光通量近红外相机加装滤光片使其具有波长分辨能力,有望实现田间活体叶片水分含量成像检测。基于玉米叶片的近红外高光谱数据,对实现水分测量的特征波长位置及个数,以及特征波长带宽和偏移限度等关键参数进行研究;其中,不同带宽的仿真数据依据滤光片透光分布函数得到;固定带宽条件下的中心波长偏移仿真数据依据插值方法得到。研究结果表明:特征波长分别为1150和1400 nm,带宽小于100 nm时可满足要求,能够找到符合参数条件的滤光片产品;在带宽为25 nm下所建水分含量模型,其建模集的决定系数(R 2)和均方根误差(RMSE)分别达到0.968,1.245%,预测集分别达到0.960,1.298%,可实现玉米叶片水分的准确检测。为推测加装滤光片所建模型受环境温度的影响,应用固定中心波长下的模型预测不同偏移量的仿真数据,当偏移量为0.05 nm时,模型预测误差为不漂移条件下3%左右,可忽略,由干涉滤光片中心波长漂移与温度的关系,相当于环境温度在50℃的范围对检测结果影响不大。该研究对近红外相机加装滤光片形成多光谱成像检测装置提供了重要技术参数支撑和环境工作范围建议,装置的搭建工作已开始,装置的实现可为现代农业作物生理、生产研究提供新型、有效手段。

轻小型短波红外高光谱成像仪精细化矿物识别

高光谱成像仪具有“图谱合一”的特点,可以同时获取目标物的空间信息与光谱信息,在地质勘查中发挥有比较大的作用。为实现对不同岩石矿物的精细化识别,自主研制了具有结构紧凑、体积小、便携性强、分辨率高等优点的轻小型短波红外高光谱成像仪。仪器光学性能评价结果表明光谱仪实际光谱分辨率优于8 nm,符合设计和应用的要求。利用本仪器对岩石不同矿物组成成分的识别实验测试,获取了不同岩石的近景高光谱成像数据。经过数据处理和矿物提取分析研究,发现岩石光谱谱形特征与标准光谱库中特征吻合度很高,表明研制的高光谱成像仪能够对岩石样品进行矿物信息精细化识别,适用于无人机载成像,在铀矿地质勘查领域有广阔的应用前景。

小型机载高光谱成像仪在高山峡谷地区遥感地质岩性解译应用

【研究目的】水利工程项目通常位于地势险峻的山区,交通不便、环境恶劣,勘察工作十分艰苦。同时,视界限制使地质人员不能整体上掌握地质体的面貌,尤其在高山峡谷地区,人力、物力及时间成本耗费巨大。高光谱遥感技术在地质领域中的应用主要集中在地物分布反演方向,通过未知地物与已知矿物之间相同的特征吸收峰来判定地物种类,利用其极高的光谱分辨率、空间分辨率和“图谱合一”的特性,可对高山峡谷区的地物目标进行精细分类,从而提高地质调查工作的效率,降低风险。【研究方法】中水北方勘测设计研究院利用中国地质调查局南京地质调查中心自主研发的高效率小型机载高光谱成像光谱仪,首次对位于甘南藏族自治州迭部县高山峡谷地带的工作区进行高光谱遥感对地探测,获取了工作区航空高光谱影像数据。采用最小噪声分离法、波段比值分析法对高光谱遥感数据进行岩性解译。【研究结果】结果表明:以白龙江为界,以北大部分为板岩及第四系黄土,以南则大部分为灰岩。解译结果与已知区域地质图岩性分布一致。【结论】本次研究验证了国产高光谱成像仪的可靠性与实用性,同时提高了水利工程前期地质勘查工作的效率和水平,并提供了险要地形地质勘察的一手资料。

可见光和短波红外光谱相机

4月21-23日,在美国马里兰州巴尔的摩市巴尔的摩会议中心举办的SPIE国防、安全与传感2015年展会上,英国PIXELTEQ公司展示了其增加了新功能的PixelCamTM和SpectroCamTM两款多光谱摄像机。PixelCam相机使用PIXELTEQ独特的像素化二向色滤光片阵列传输实时多光谱图像,具有与单色成像仪相同的SWaP值。PIXELTEQ还在其SpectroCam系列多光谱成像解决方案中增加了一个短波红外（SWIR）摄像机选项，因而使其能提供生动丰富的高达6个光谱段的图像，能让用户看到超越人类视觉的彩色红外图像。

美国海军无人机选用高光谱短波红外传感器

据www．1aserfocusworld．tom网站报道，美国海军最近选择HeadwallPhotonics公司生产的高效率高光谱短波红外传感器用作机载用途，其光谱范围为950-2500nm。通过在美国海军研究实验室（NRL）对这种传感器进行严格的性能测试，他们为无人机研制了可靠的高光谱传感器载荷。其中，具体测试包括光谱分辨率、空间分辨率以及MTF性能测试等内容。

芬兰纳米卫星搭载世界最小红外高光谱相机升空

芬兰国家技术研究中心发布消息称,“Reaktor世界你好”纳米卫星搭载世界最小红外高光谱相机已发射升空,可用于拍摄地表红外照片,为监测和管理气候变化造成的影响提供了可能。卫星上搭载的微型红外高光谱相机,可捕捉波长900至1400nm的短波红外光谱。卫星于2018年12月2日在撒哈拉沙漠上空拍摄了第一批红外照片。

粮虫近红外高光谱图像的采集系统设计及实现

储粮活虫的准确检测是粮虫防治中科学决策的关键,为此,设计并构建了适于粮虫近红外高光谱图像采集的成像系统,系统主要由光谱成像单元、照明单元、位移单元、计算机和光箱五部分组成。试验结果表明,当曝光时间为3ms,位移台的移动速度为0.59mm/s时,系统所获取的小目标粮虫图像比较清晰,满足了后续粮虫光谱分析的需要。

基于短波红外技术的西藏珠勒地区蚀变矿物填图

蚀变矿物组合对于热液型矿床勘查工作具有重要的指导意义,短波红外技术对于蚀变矿物的识别鉴定具有效率更高的优势。本文使用短波红外技术,基于GF-5号AHSI高光谱影像对明矾石和高岭石进行蚀变填图,结合Landsat8蚀变信息提取结果,通过ASDFeildSpec野外光谱辐射仪对岩石样品进行光谱测试,通过SWIR光谱分析、野外实地路线考察、岩相学显微镜下鉴定矿物等方法验证了短波红外技术对GF-5号高光谱数据蚀变填图的有效性。将蚀变与地层、岩性和构造结合分析,最终得出,珠勒地区明矾石化和高岭石化受断裂构造影响较大,明矾石类型主要为钾明矾石,光谱吸收特征在2209nm附近,钾明矾石和高岭石伴生出现可作为珠勒地区高硫型浅成低温热液矿床的找矿标志,为下一步地质找矿提供依据。

GF-5卫星高光谱影像数据质量评价与分析

目前遥感影像质量评价的指标与方法虽较为成熟,但尚未发现针对高分五号(GF-5)卫星AHSI影像数据质量评价及其可用性的全面研究。该文在分析高光谱影像质量评价方法的基础上,利用噪声标准差、清晰度和信息熵3个指标,对GF-5可见短波红外谱段的数据质量与可用性进行分析评价,结果表明:GF-5AHSI影像不同波段数据质量存在差异,影像信息主要集中在VNIR和SWIR第1-95波段内(受水汽影响的波段除外),SWIR中第43-50、96-112(1359.03~1418.17nm、1805.44~1940.15nm)共25个波段受水汽影响严重,不可用,第113-180(1948.57~2513.25nm)波段影像质量较差、噪声严重,阻碍了该波段的应用。研究结果可为GF-5AH-SI影像数据的处理与应用提供技术参考。

基于高光谱图像特征提取与凸面几何体投影变换的目标探测

在介绍凸面几何体概念和高光谱图像光谱线性模型的基础上,探讨了凸面几何体和高光谱图像的关系.提出了在光谱特性提取的基础上利用凸面几何体投影变换进行高光谱图像目标探测的方法,并成功地应用于亚运村建材市场屋顶板材和亚运村中心地区真假草坪的自动识别和探测中.试验证明该方法不需要探测目标的任何先验知识就能达到比较好的目标探测效果.同时试验还表明,由于高光谱图像波谱范围宽,特别是有短波红外、中红外和热红外范围的图像,不仅增加了地物的可分性,而且为探测地物物理性质提供了可能.