大孔径静态干涉成像光谱仪的坏像元检测修正

大孔径静态干涉成像光谱仪在实际应用中因为器件问题产生大量坏像元,其特殊的时空联合调制成像方式导致传统的光谱图像域坏像元修正方法无法使用。而设备在轨运行期间坏像元的不断恶化、复杂背景地物的干扰更是为坏像元的自动检测修正处理带来巨大挑战。基于对坏像元分布和变化特征的长时间分析研究,文章提出一种在原始帧的差分域而不是光谱影像上进行坏点自动检测的新方法,很好地克服了现有方法中坏点检测效率较低、阈值计算精度低且所需时间长等缺陷,通过实际数据验证表明,坏像元修正后的复原光谱影像坏线得到了很好的消除,且与理想光谱的相对误差保持在0.2%以内。

大孔径静态干涉成像光谱仪图像的条纹消除与配准

大孔径静态干涉成像光谱仪获取的图像是叠加了干涉信息的二维图像,点干涉图的获取需要经过全视场的推扫,平台姿态误差会导致提取的干涉图存在误差,进而影响复原光谱准确性,因此,图像配准是干涉图提取的关键。由于图像受到干涉调制作用,导致传统的图像配准方法在应用于LASIS图像配准时配准精度有限。为了减弱干涉条纹对图像配准的影响,本文提出一种利用条纹模板消除LASIS图像条纹,再结合图像频域配准的方法实现LASIS图像的高精度配准。配准结果表明,本方法很好地消除了干涉条纹对配准精度的影响,配准精度可以达到0.029 4个像素,相对于已开展的LASIS图像配准方法,沿轨方向配准精度提高了45.48%,跨轨方向配准精度提高了52.22%,图像旋转精度提高了39.13%。

大孔径静态干涉成像光谱仪径向畸变导致的谱线偏移误差的校正

为提高大孔径静态干涉成像光谱仪在视场增大时的光谱定标精度,减小径向畸变对光谱精度的影响,本文提出一种基于光谱——畸变关联模型的光谱定标系数修正方法,给出了波数和波长修正公式。采用594.1 nm和632.8 nm气体激光器对成像光谱仪进行了光谱成像实验,并对数据进行了处理和分析。结果表明,当存在0.3%的桶形畸变时,边缘视场的反演光谱存在2 nm左右的偏移,利用本文方法校正后,谱线偏移减小到0.1 nm左右。该方法仅需根据镜头畸变参数即可完成修正,简化了实验室光谱定标流程,提高了工作效率,也可应用于星载干涉光谱数据的在轨参数校正。

大孔径静态干涉成像光谱仪中双通道Mach-Zehnder横向剪切干涉仪的设计

大孔径静态干涉成像光谱技术是一种时空联合调制的傅里叶变换成像光谱技术,其核心元件通常采用Sagnac横向剪切干涉仪。这种结构会使进入干涉仪的光线有一半沿原路返回,降低了能量利用率。文章提出一种改进型Mach-Zehnder横向剪切干涉仪结构,克服了能量利用率低的缺点,在实现横向剪切的同时,还具有双通道输出的优点。本文通过光线追迹的方法,得到剪切量的一般表达式,并分析了各种误差源对剪切量误差的贡献。为大孔径静态干涉成像光谱仪的设计提供了新思路,可为该类型的成像光谱仪的设计与优化提供理论指导。

大孔径静态干涉成像光谱仪探测器配准误差标定方法

大孔径静态干涉成像光谱技术是近年来出现的一种新型干涉成像光谱技术,具有高通量、多通道等优点,然而干涉图与探测器之间存在一定配准误差时,则会对复原光谱产生较大的影响,甚至影响到仪器的最终应用。针对该问题,通过对大孔径静态干涉成像光谱仪成像机理的分析,提出了一种探测器配准误差的标定方法,经验证该方法可以很好地解决探测器的配准误差,最终提高了复原光谱的精度,该研究对大孔径静态干涉成像光谱仪的研制具有重要的指导意义。

大孔径静态干涉成像光谱仪误差分析

本文针对LASIS存在的误差,从数据处理角度分为干涉图误差、辐射校正误差和光谱反演误差。以遥感十四号搭载的LASIS载荷数据为例,对每种误差成因、规律进行分析,并着重对LASIS由于时空联合调制引起的特有的干涉图误差进行分析和实验。同时分析了辐射校正和光谱反演链路中可能出现的误差。

一种大孔径静态干涉高光谱成像数据压缩方法

大孔径静态干涉成像遥感数据的数据量较大,需要寻找一种合适的方法对其压缩。从大孔径静态干涉成像机理出发,分析了干涉数据的空间和干涉维冗余性,并基于现有成熟混合压缩编码方法,提出了基于相似干涉曲线与不同光程差之间冗余去除的算法,对冗余数据进行去除预处理。对干涉数据进行基于曲线表的干涉曲线编码表示,对不同光程差之间的图像进行相关性预测,减少了大孔径静态干涉成像遥感图像的量化深度并降低了图像的信息熵,再结合JPEG2000算法进行无损或有损压缩。实验结果表明,对于大孔径静态干涉成像数据,该算法可实现压缩比为3.1倍的无损压缩,有损压缩的率失真曲线也优于其他对比算法,其复原图像反演出的光谱曲线的光谱角和相对二次误差均优于其他对比算法处理的数据,有效保护了光谱信息。

大孔径静态干涉成像光谱仪的干涉系统分析

从不同方面说明大孔径静态干涉成像光谱仪的特点 ,介绍其干涉系统的光学原理 ,分析基于横向剪切干涉仪的干涉系统设计思想 ,讨论两种高通量大视场横向剪切干涉仪 。

一种大孔径静态干涉成像光谱仪高光谱图像的AT-3DSPIHT压缩算法

针对大孔径静态干涉成像光谱仪(LASIS)的成像特点,提出了一种支持感兴趣区域(ROI)的非对称三维分层树集划分(AT-3DSPI HT)压缩算法。首先,对高光谱干涉图像进行非对称三维离散小波变换。然后,根据光谱信息的分布特点,采用ROI方法对不同区域的变换系数赋予不同的编码精度,以保护光谱信息。最后,采用改进的三维分层树集划分(3DSPI HT)算法编码高光谱干涉图像的小波变换系数。实验结果表明,该方法在8:1压缩比下,获得大于40 dB的峰值信噪比,同时有效地保护了光谱信息。

偏振型干涉成像光谱仪中Savart偏光镜通光孔径的研究

论述了偏振型干涉成像光谱仪的核心部件——Savart偏光镜的结构和分光机理.应用波法线追迹的方法,对光在任意方位入射面内,以任意入射角入射时Savart偏光镜中的光线传播规律及出射光孔径变化进行了理论推导,给出了出射孔径与入射位置、入射角及入射方位角之间满足的关系,并讨论了光线传播始终处于Savart偏光镜晶体内部,最终从出射面射出所需满足的条件.采用计算机模拟,给出了光线垂直入射时,出射孔径的表达式,验证了推导的正确性;在此基础上对自行设计的干涉成像光谱仪通光孔径进行了详细分析和讨论,结果表明通光孔径精确值和近似值之间存在较大差异.给出了孔径面积利用率随入射方位角的变化曲线,阐明在干涉成像光谱仪的参数论证以及孔径光阑的选取中,不能忽略由于晶体双折射现象带来的孔径变化.研究结果可为偏振型干涉成像光谱仪的设计、研制、调试和工程化提供重要的理论依据和实践指导.

时空调制型干涉成像光谱仪的强光干扰效应仿真研究

干涉成像光谱技术是利用光的干涉原理获取目标光谱信息的一种成像技术。为研究其在强光下的干扰效果和机理,以大孔径静态成像光谱仪为典型对象,开展了相关仿真实验研究。以实际地物的图像和光谱信息为对象,仿真生成了原始干涉成像图案,并模拟830 nm单波长激光和超连续谱激光两种干扰源,分别研究不同辐照强度下的典型干扰效果,分析时假设光谱角大于30°时原始光谱信息丢失。基于本文的仿真模型,得到的相关结果表明,在830 nm的单波长激光干扰情况下,当干扰与目标成像峰值之比大于0.2∶1时原始光谱信息无法正确复原(光谱角大于30°),但模拟加入830 nm滤光片后,干扰效果被有效滤除。在超连续谱激光干扰情况下,不考虑饱和阈值时光谱角数值最终稳定在21°;考虑探测器饱和阈值为目标成像强度峰值3倍时,干扰与目标成像峰值之比大于2.1∶1时,原始光谱信息便无法分辨。该研究可能为同类型光谱仪的激光辐照效应和损伤机理的后续研究,以及光谱成像系统的激光防护和性能优化提供参考。

环境减灾二号A/B卫星高光谱成像仪设计与验证

高光谱成像仪是环境减灾二号A/B卫星上唯一可以获取高光谱数据的载荷。文章从幅宽和空间分辨率2个方面介绍了国内外高光谱成像仪的发展现状;基于大孔径静态干涉光谱成像(LASIS)技术原理和高光谱成像仪系统组成,提出幅宽增大和空间分辨率提高会带来偏流角偏差控制和高速图像传输等问题;对摆镜“轻巧型”结构、高精度运动部件及大尺寸高精度干涉仪进行设计,以满足偏流角偏差分析提出的高光谱成像仪推扫方向与探测器光谱方向夹角优于2.7′的要求,采用大面阵CCD高速成像技术,实现电路规模仅为原有技术的1/4。环境试验和在轨成像结果表明:高光谱成像仪调制传递函数(MTF)大于0.24,星上定标精度优于2 nm,在轨获取的可见光近红外(VNIR)及短波红外(SWIR)光谱图像立方体正确,曲线准确度相对偏差优于5%,高光谱成像仪的设计具有有效性。

光谱仪器

TH744.1 2000053087 大孔径静态干涉成像光谱仪中横向剪切干涉仪的空间光线分析=Analysis of viewfield ray from anydirection in lateral shearing interferometer[刊,中]/董瑛,相里斌,杨建峰,赵葆常(中科院西安光机所空间室.陕西,西安(710068))//光子学报.—1999。

卫星姿态抖动对LASIS成像质量的影响

由于卫星姿态抖动(俯仰、侧滚和偏航)使得LASIS(大孔径静态干涉成像光谱仪)干涉图产 生了非正常的像素偏移量,相邻干涉图之间的非正常偏移量在0.1像素量级或更小,但累积偏移量最多可达上百个像素,必须对干涉图进行校正处理。研究结论为设计正确有效的LASIS图像校正算法提供了参考依据,同时也为卫星平台设计提供了参考。

LASIS影像波段配准

针对大孔径静态干涉成像光谱仪(Large Aperture Static Interference Imaging Spectrometer,LASIS)各波段共视场扫描成像的特点,提出了基于在轨几何内检校的虚拟重成像方法进行波段高精度配准.此方法充分考虑姿轨的变化和镜头畸变等导致高光谱波段影像失配的几何因素,在内方位元素检校的基础上,对高光谱影像进行虚拟重成像,实现了对误差源的建模以及波段间相对误差的消除.利用遥感十四号LASIS在不同区域数据进行内检校和虚拟重成像实验,结果表明,进行LASIS数据的处理能够得到优于0.16像素的波段配准精度.

基于MODIS与GPS的D-InSAR大气延迟改正量提取

受GPS站点密度的限制,利用GPS数据改正D-InSAR中大气延迟误差往往达不到很好的效果。为此,研究了GPS与MODIS联合实现大气延迟改正量提取方法,利用两期GPS观测数据及相应时间的MODIS数据分析GPS-PWV与MODIS-PWV的关系,进一步得到MODIS水汽的校正模型。经过GPS+MODIS算法改正后,大气延迟改正精度为3.618mm,满足形变测量的要求。实验结果表明:在大气状态变化缓慢时,利用GPS结合MODIS数据对D-InSAR大气延迟改正有一定的效果。

MODIS红外水汽校正及其在InSAR大气改正中的应用

提出使用差分线性校正模型(DLCM)对MODIS红外波段大气水汽产品进行校正。利用在中国获取的两幅MODIS红外波段水汽产品进行分析后发现,在中国西部地区,受水汽参考值精度较差的影响,DLCM模型和传统线性校正(LS)方法均难以获得稳定、理想的校正结果;而在中国东部地区,DLCM模型可有效提高大气水汽的估计精度,且与LS方法相比,进行内符合精度评定时STD和RMS可以额外降低32.6%和15.7%,进行外符合精度评定时STD和RMS可额外降低32.3%和21.7%。此外,DLCM模型校正后的MODIS红外水汽产品在InSAR大气改正中的实验研究,亦证实了DLCM模型的有效性和将其用于InSAR大气改正的可行性。

遥感、空间光学仪器

TP73 2002053974大孔径静态干涉成像光谱仪的干涉系统分析=Analysisof interferometer system in a large aperture staticimaging spectrometer[刊,中]/董瑛,相里斌,赵葆常(中科院西安光机所空间光学研究室.陕西,西安(710068))//光学学报.—2001,21(3).