基于多角度成像数据的新型植被指数构建与叶绿素含量估算

叶绿素含量的快速估算对于及时了解作物的长势、病虫害监测以及产量的评估都具有重要意义。利用自主研发的多角度成像观测系统获取了不同生育期玉米的高光谱影像，精确地提取出主平面内各个观测角度下玉米冠层的反射率。通过对ACRM模型模拟值和实测值的分析，计算出玉米冠层红波段下的热点-暗点指数（HDS），并利用该指数对 TCARI 进行改进，提出一个基于多角度观测的新型植被指数 HD-TCARI，最后使用多角度高光谱成像数据对其进行了地面验证。结果表明，HD-TCARI能够减小LAI 对叶绿素估算的影响，当叶绿素浓度大于30μg · cm^-2，HD-TCARI 与 LAI 的相关性R2仅为26．88％～28．72％；当叶绿素浓度较高时，HD-TCARI具有抗“饱和”的特性在LAI 在1～6之间变化时，HD-TCARI与叶绿素浓度的线性关系R2较TCARI提高了约9％左右。利用多角度高光谱成像数据对 HD-TCARI进行地面验证，其与叶绿素浓度的线性关系（R^2＝66．74％）明显优于TCARI所建立的估算模型（R^2＝39．92％），证明了 HD-TCARI指数具有更好地估算叶绿素浓度的潜力。

电力巡线机载多角度成像多源数据的采集和记录

提出了一套应用于电力巡线领域的数据采集实施方案,介绍了数据采集、记录系统的组成及工作原理,设计实现了如何同步存储图像信息及相关的姿态测量装置(POS)数据的方法,即主要利用统一的外触发信号、多线程技术实现3台电荷耦合器件(CCD)相机图像及POS数据的高速采集和存储,并通过采集卡开发工具——软件开发套件(SDK)开发的动态链接库实现图像数据与POS数据的实时对应。最后给出了整个采集和记录系统获取的部分电力线沿线的处理结果。

海上船只目标多角度成像技术

将斜视滑动聚束合成孔径雷达(SAR)应用于海上船只目标的成像。利用斜视角的变化,斜视滑动聚束SAR可高频次地得到同一船只在不同斜视角下的多幅高分辨率微波图像,有利于船只目标的分类与识别。将斜视滑动聚束SAR高效成像算法与船只目标逆合成孔径雷达(ISAR)重聚焦算法相结合,针对计算机仿真数据开展了成像处理实验,取得了较好的成像效果,验证了斜视滑动聚束SAR应用于船只目标成像时可高频次地获得多幅高分辨率图像的独特优势。

风云二号E星和多角度成像仪的云导风资料质量对比

针对现在缺少对风云二号E星云导风资料的详细对比评估,结合多角度成像仪与风云二号E星云导风的特性,提出了将二者云导风资料的交叉对比方法,利用多角度成像仪云导风资料的优势特征作为对比参照,对2010以及2011年的风云二号E星云导风资料进行参照对比,分析风云二号E星云导风资料的特性。选择2010、2011年1～8月的风云二号E星资料分别与多角度成像仪云导风资料进行分析,对两种资料进行匹配处理,并对匹配结果进行准确的统计分析,便于分析风云二号E星云导风资料的优缺点以及质量变化。研究结果表明:风云二号E星云导风资料的整体质量要稍差于多角度成像仪云导风资料;但是就风云二号E星云导风资料自身而言,2011年的资料质量较2010年有不同程度的提高。

风云三号降水卫星多角度偏振成像仪的观测特点和应用潜力

准确测量大气中云和气溶胶的辐射特性对数值天气预报和气候变化具有重要意义。搭载在风云三号降水卫星上的偏振载荷是国内首个具有短波红外通道的多角度偏振成像仪(Polarization and Multi-Angle Imager, PMAI),计划于2023年年初发射,为气溶胶-云-降水观测链条提供重要支撑。该仪器运行在非太阳同步的倾斜轨道,可提供3 km(星下点)空间分辨率和700 km幅宽的图像。PMAI的观测通道包括1030 nm、1370 nm、1640 nm的偏振通道和相应的非偏振通道,可提供14个角度的观测信息。PMAI将利用自然目标的在轨替代定标和同平台仪器的交叉定标,实现5%的辐射测量精度。观测和仿真数据表明PMAI拥有描述云和气溶胶特性的独特优势。全新的短波红外通道的多角度偏振测量可以优化云相态识别和云微物理参数反演、气溶胶的地气解耦以及地表方向反射特征的表述。处于非太阳同步轨道的PMAI具有独特观测几何,可以获得大气粒子辐射更宽的散射角分布信息。此外,PMAI可联合同平台中分辨率光谱成像仪的可见近红外和热红外通道的观测信息,进行云和气溶胶的协同反演。

陆地生态系统碳监测卫星多角度偏振成像仪细粒子气溶胶反演

细粒子气溶胶光学厚度是大气环境监测、气候变化评估所需的关键参数。对2022年8月发射的陆地生态系统碳监测卫星(CM-1)上搭载的多角度偏振成像仪(DPC)进行了较为系统的介绍。DPC/CM-1的主要改进是星下点空间分辨率从3.3 km提升到2.4 km。针对DPC/CM-1载荷及数据特点,发展了基于偏振与光谱特征和空间纹理特征的云检测方法,同时耦合了多角度信息实现较严格的云像元判识。该方法对于沙漠、植被、丘陵,以及海表耀光及非耀光区域等不同下垫面,均有较好的检测效果。发展了基于改进气溶胶模型的细粒子气溶胶光学厚度(FAOD)反演算法,利用全球地基气溶胶观测网(AERONET)数据对FAOD反演结果进行了验证,拟合直线斜率达到0.95以上,且有接近73%的数据分布于期望误差以内,说明了反演算法的可靠性。FAOD反演结果清晰显示出全球FAOD空间分布特征,其中,印度、非洲中部等地区受人口分布、工/农业排放、生物质燃烧等影响,FAOD高值达到0.7~0.9。DPC/CM-1在轨测试期间的初步反演结果表明其在大气环境监测、污染传输分析等方面的潜力,能够提供更精细尺度的大气参数反演结果。

高分五号02星多角度偏振成像仪在轨辐射性能初步评价

2021年9月我国成功发射的高分五号02星[GF-5(02)]上搭载有多角度偏振成像仪(DPC)和高精度偏振扫描仪(POSP),组成了“偏振交火”观测方案。为评价GF-5(02)卫星DPC传感器的在轨辐射性能,基于2022年1月DPC和POSP观测数据,采用海洋瑞利散射和“偏振交火”交叉定标两种方法,实现了DPC在轨绝对辐射定标和视场内相对辐射一致性检验。结果表明,DPC/GF-5(02)在轨后的绝对辐射和相对辐射响应较发射前的实验室定标结果均未发生明显改变,在轨前后各波段绝对辐射系数差异均小于5.3%,视场内相对辐射响应变化均小于2%。其中,443nm波段瑞利散射和“偏振交火”交叉两种方法获得的绝对辐射定标系数一致性较高,偏差约为2%;而490nm和670nm波段两方法定标结果偏差较大,偏差分别为7.4%和7.7%。整体上,DPC/GF-5(02)在轨后的辐射稳定性优于DPC/GF-5。

多角度成像光谱辐射仪在大气污染研究中的应用回顾

美国宇航局于1999年底发射的多角度辐射成像光谱仪(MISR)采用了独特的多角度观测设计,将9台相机沿卫星航迹方向按照固定角度排列并同时采集反射光.这种设计使其具备了当前其他星载气溶胶遥感设备不具备的在陆地和海洋上空反演包括气溶胶浓度、形状以及组分的多种特性的能力.由于对细颗粒物非常敏感,MISR为研究区域颗粒物空气质量的时空分布特性提供了新的数据来源.首先简要介绍MISR设备、它的气溶胶反演算法及数据结构,然后综合论述了目前MISR气溶胶数据在空气质量研究方面的应用状况包括在污染事件(例如沙尘、火灾以及城市空气污染)中对颗粒物空间分布的观测.MISR高质量的气溶胶数据可以作为颗粒物浓度的定量指标,回顾了目前在估算地面颗粒物浓度方面的研究成果,介绍了使用MISR高级数据对烟尘高度以及颗粒物成份的研究.由于中分辨率成像光谱仪(MODIS)的气溶胶数据在中国有较广泛的使用,讨论中尽可能的与之进行了比较.最后总结了MISR数据在空气质量研究中的优点与不足.相信MISR反演的丰富的高度定量化的气溶胶数据对研究中国空气质量问题具有很大的应用价值.

基于多角度成像光谱仪(MISR)数据的中国野火烟羽喷射高度

烟羽喷射高度是烟气羽流运动一个关键驱动因素,决定了烟气气溶胶在大气中的寿命、顺风运输扩散路径及其对大气环境的影响程度。本研究对最新的多角度成像光谱仪(MISR)野火烟羽高度数据库中的原始数据进行提取和处理,获取中国区域的野火羽流高度相关参数,采用统计分析的方法研究野火烟羽喷射高度的变化情况,探究了火灾特征(燃烧生物质类型和火灾辐射功率)对烟羽喷射高度的影响,并根据高喷射烟羽比例和烟羽气溶胶光学厚度(AOD)值分析野火烟羽喷射高度对大气环境的影响。结果表明:我国野火烟羽喷射高度分布在345~7719 m。其中,57.1%的烟羽喷射高度分布在500~1000 m,除了一组大型草原火灾烟羽喷射高度异常高以外,其余野火烟羽喷射高度均低于3000 m。燃烧的生物质类型是影响烟羽喷射高度的一个重要因素,其中,森林火灾产生的烟羽喷射高度最高且高度变化最强烈。野火烟羽喷射高度会随火灾辐射功率值增加而增加,但有明显的离散(R^(2)=0.19)。通过设定简化阈值可以得到,我国野火产生的可能造成远距离传输污染的高喷射烟羽比例为10.5%。结合烟气气溶胶光学厚度进行分析可知,虽然农田燃烧的平均烟羽喷射高度最低,但产生的区域污染值最大。相比之下,森林火灾虽然能够产生最高的烟羽喷射高度,但烟羽具有较低的平均AOD值,这意味着森林火灾对区域大气环境的污染强度相对较弱。

利用激光雷达和多角度频谱成像仪数据估测森林垂直参数(英文)

植被的结构参数如植被高度、生物量、水平和垂直分布等,是影响陆地与大气能量交换乃至生物圈多样性的重要因素。多数遥感系统虽然可以提供植被水平结构的图像,但是不能提供植被成分垂直分布的信息。大尺度激光雷达仪器如LVIS产生的激光雷达信号,已成功地用于估计树高和森林生物量,然而大多数激光雷达仪器不具备图像能力,只能提供一个区域内的采样数据。其他的遥感数据如多角度高光谱、多频率多时相辐射计或雷达数据,可根据GLAS(Geoscience Laser Altimeter System)采样的测量用来推断出连续的森林结构区域覆盖参数。MISR(Multi-angle Imaging Spectrometer)对陆表多角度的成像能力,可以通过BRDF的各向异性提供植被的结构信息。结合激光雷达的垂直采样和MISR的图像,区域内乃至全球性的森林空间参数的成像是可能的。ICESat卫星上的GLAS数据、Terra卫星上的MISR数据为区域或全球性森林结构参数提供了可能。本文的研究目的是评估GLAS数据,分析类似于MISR的数据对森林结构参数的估计能力。本文中使用了LVIS、AirMISR和GLAS数据。通过对GLAS树高的测量与GLAS像元内来自LVIS的平均树高对比,发现它们是高度相关的。同时还探讨了多角度频谱成像仪数据预测树高信息的能力,这将在今后区域内森林结构参数映射加以研究。

二维匹配滤波实现多角度SAR成像

多角度SAR图像能够更全面描述目标不同角度下的特征信息,对目标识别具有重要意义.实现多角度SAR成像需要解决两个问题,一是在多角度测量模式下,传统成像算法的远场条件不能满足,成像散焦严重;二是空间采样不连续使得基于傅里叶变换的成像算法产生很高的旁瓣.本文利用二维匹配滤波函数的聚焦功能实现多角度SAR成像.通过调整成像参考点位置构造二维匹配函数,然后将测量数据用匹配函数进行滤波.与传统SAR成像算法相比,本文提出的多角度SAR成像算法突破了空间采样必须均匀和连续的束缚,更具有普适性.实验结果表明本文算法不仅能够实现多角度SAR成像,提高成像分辨率,而且多角度SAR图像能够描述目标散射特征的空间变化.

GF-5卫星多角度偏振成像仪在轨偏振定标

2018年5月,我国成功发射了高分5号卫星,其上搭载了多角度偏振成像仪。卫星载荷受发射时的振动、在轨空间环境变化以及元器件电路系统老化等因素的影响,各种辐射特性发生变化,从而导致整个载荷辐射性能与在轨前的实验室定标结果之间存在一定偏差。基于海洋耀光对高分5号卫星多角度偏振成像仪的偏振测量定标的方法,并利用在轨测试期间数据,对载荷进行了初步的偏振辐射定标测试。测试结果表明,3个偏振波段(490, 670, 865 nm)线偏振度测量值与理论值有很好的一致性,平均偏差分别约为-0.03、-0.04、-0.01,载荷发射前后偏振测量状态未发生明显改变。基于自然目标的在轨替代定标方法,还可用于多角度偏振成像仪偏振辐射性能随时间变化情况的长期监测。

三维多角度自由解剖成像及实时四维断层呈像技术在胎儿颅脑诊断方面的运用

颅脑结构的异常在胎儿神经系统发育异常中占有较大的比例，既往对胎儿神经系统异常的诊断仅局限于二维超声图像，诊断准确率低。三维多角度自由解剖成像技术及实时四维断层呈像技术的运用能够将胎儿颅脑结构清晰，立体的成像。从而直观诊断胎儿颅脑结构异常。提高产前诊断在胎儿颅脑领域酊水平。对优生优育、提高人口质量起到不可估量的作用。

多角度偏振成像仪鬼像校正方法

根据多角度偏振成像仪光学系统特点,分析了仪器的鬼像分布特性,结合光学设计软件CodeV与ZEMAX确定了产生严重鬼像的光学工作面,并对实验测得的鬼像图像进行了标记.在此基础上,利用鬼像畸变与视场的关系,采用多项式拟合的方法得到仪器全视场鬼像位置和形变,并通过实测图像确定了原像和鬼像图像之间的能量衰减比,建立了仪器全视场的鬼像校正模型.最后分别对未饱和及过饱和图像进行了校正,结果表明,此校正方法可以消除至少90%的鬼像杂光.

多角度偏振成像仪在轨图像配准及性能评估

高精度的图像配准是保证多角度偏振成像仪在轨数据有效性的关键.介绍了多角度偏振成像仪基于光楔的偏振图像配准方法和基于地球参考网格的多角度、多光谱图像配准方法.系统地分析了影响多角度偏振成像仪多角度、多光谱图像配准性能的误差,并提出通过相对几何定标提高多角度、多光谱图像配准性能.对比误差校正前后多角度偏振成像仪的多角度、多光谱图像配准性能,证明所提方法有效地提高了多角度、多光谱图像配准精度.多角度偏振成像仪在轨多角度、多光谱和偏振图像配准精度分别优于0.26 pixel、0.14 pixel和0.1 pixel.

多角度偏振成像仪杂散光仿真分析

杂散光仿真分析是保证多角度偏振成像仪获取高精度偏振辐射数据的关键手段之一。根据仪器光学系统的自身特点,分析了杂散光的主要来源。针对采用点源透过率法难以适用于大视场光学系统杂散光分析的问题,介绍了基于黑斑法原理进行杂散光仿真分析的方法。借助杂散光分析软件LightTools,建立仪器的三维几何模型及光学属性,采用选定视场点反向光线追迹的方法仿真分析得到光机系统的视场外和视场内杂散光系数。分析结果表明,杂散光主要来源于成像视场范围内,且中心视场受到的杂散光影响最大,杂散光系数为3.27%,达到了设计指标要求。此外,采用近轴光线和实际光线正向追迹,模拟得到局部杂光和全局杂光的能量分布,为后期的图像杂散光校正研究提供了理论依据与指导.

高分五号卫星多角度偏振成像仪细粒子气溶胶光学厚度遥感反演

细粒子气溶胶是大气污染关键成分,迫切需要发展大范围、高精度的细粒子气溶胶遥感监测技术。基于我国2018年5月发射的高分五号卫星上搭载的多角度偏振成像仪(DPC),开展了细粒子气溶胶光学厚度(AODf)遥感反演研究。介绍了偏振卫星反演AODf的主要原理和算法,基于2018年11月23日—30日的卫星数据反演获得了首幅高分辨率(3.3km)全球陆地上空AODf空间分布图,并利用太阳-天空辐射计数据进行了地面同步验证。反演结果显示:AODf空间分布与人为活动、生物质燃烧排放强度等因素相关,高值主要分布在印度、中国中东部及非洲中部等地区。与法国POLDER传感器AODf产品的长时间跨度对比显示,近年来中国地区细粒子气溶胶含量整体有所下降,并且DPC的高分辨率优势可有效支持区域污染精细管控、重点城市污染传输通道监测等环保业务的需求。

基于多角度偏振成像仪数据的测试光源变化提取方法研究

以卤钨灯积分球光源作为辐射源、用宽谱段陷阱探测器同步监测的传统稳定性参数测试方法存在光谱带宽不匹配、数据对齐困难等问题,导致测量准确性不能保证。因此提出用多角度偏振成像仪自身的图像数据替代陷阱探测器监测数据的方案,对多角度偏振成像仪12个通道数据分别进行小波分解,提取出各波段的光源能量变化用于稳定性测量数据校正,有效去除光源稳定性影响,提升仪器稳定度参数测量准确性。用该方案扣除光源波动后,载荷的非稳定性参数结果从0.153%减小至0.031%。提取出的同一波段三检偏方向光源辐射能量变化趋势高度一致,对多帧图像法信噪比计算结果提升更明显,有力证明方案的有效性。该方案可用于各类成像型遥感仪器的稳定性参数测试。

大气气溶胶多角度偏振探测仪在轨辐射精度与真实性验证研究

大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)是由中国科学院安徽光电精密机械研究所光学遥感中心研制的国内首台(业务化运行的)多角度偏振对地观测卫星载荷,具有偏振谱段(490,670,865nm)和5个非偏谱段(443,565,763,765,910nm),对同一目标观测角度数可达9个。观测数据可用于大气气溶胶、地表植被分布、海水叶绿素浓度以及云分布等多项科学研究。然而,这些数据的可靠性依赖于DPC在轨辐射检测的精度与真实性。在总结多种光学遥感器绝对辐射定标测试方法的基础上,将敦煌外场定标测试验证,沙漠场景辐射精度验证与海洋场景耀光区测试相结合,相互对比验证了DPC在轨辐射探测精度,所观测的辐射数据为大气和地表产品的生产提供了必要基础。

高分多模卫星北京中国尊多角度影像

同轨同一目标多角度成像是对同一目标进行多角度成像,可观测角度可达12个,可以获取更为丰富的信息,扩展应用价值。上图是一次过境对北京中国尊12视多角度成像中6个角度影像,可提供更为丰富的高层建筑的多角度信息。