中国高光谱成像遥感应用研究进展

根据20世纪90年代以来国内主要学术刊物上发表的有关论文,综述了高光谱成像遥感在地质、海洋、农业、大气和环境等领域的应用和研究进展。为了能够较好地反映高光谱成像遥感应用研究的最新进展,对国际上同一时期的发展状况也作了简要介绍。

现代航天光学成像遥感器的应用与发展

概述了当前航天光学成像遥感器在对地、对天观测的多个领域的应用现状,给出了国外著名高分辨率商业卫星的性能指标,归纳了在轨和即将发射的太空望远镜的工作参数,展望了以更高的地面分辨率、更宽的地面覆盖和更高成像质量为目标的高性能光学遥感器的发展方向。依托大型光学成像平台的模块化技术和天地一体化设计为代表的综合性光学遥感器,阐述了实现自动识别和在轨参数自动调整的智能型光学成像遥感器的可行性、环境条件和技术要求。总结了目前在航天光学成像遥感器设计中大口径、主动光学波前探测和在轨智能处理等方面的关键技术和实现难题,提出了可实现的研究思路和未来的发展前景。

SO2气体排放的紫外成像遥感监测

工业烟囱及船舶尾气中SO2气体排放是造成大气污染的重要因素。SO2容易被氧化生成硫酸雾或硫酸盐气溶胶,产生酸雨,严重危害大气生态环境平衡及人类健康。现有的SO2光学遥感测量技术,如拉曼散射激光雷达、差分吸收激光雷达(DIAL)、傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)、紫外差分吸收光谱(DOAS)、高分辨光谱成像等,难以兼顾气体污染监测对高时间分辨率、高空间分辨率以及便携机动等应用需求。近年来,紫外SO2相机成像探测因探测精度高、实用性强得到迅速发展,该技术时间分辨率高、空间分辨力强,能从解析图像中直观在线获取污染气体浓度在空间的二维分布及随时间的排放率,对于监测环境污染有重要作用。基于紫外SO2相机成像探测技术,围绕SO2柱浓度探测的测量原理及影响因素、仪器设计及实验方法、反演算法及结果比对等方面开展研究。取得的成果主要有:(1)利用窄带滤光片的窄波窗口,用紫外相机测量310 nm附近的SO2紫外吸收,建立了紫外成像遥感监测理论模型,介绍了紫外成像遥感检测获取SO2浓度图像的测量原理;(2)将滤光片放置镜头前后,讨论了不同入射角对滤光片中心波长及透过率曲线的影响,发现滤光片放置镜头后,相机系统对SO2的灵敏度受入射角影响更小,对SO2浓度图像的反演误差更小;(3)分析了太阳高度角对SO2浓度图像反演的影响,阐明了SO2浓度反演曲线实时校准的不可或缺性;(4)通过理论分析设计出了紫外成像遥感探测装置,开展了基于紫外成像遥感监测SO2气体排放的实验研究,通过2-IM法拟合出了人工天空背景,获得了SO2光学厚度图像,利用标准泡进行校准,反演出了SO2浓度图像;(5)采用DOAS技术对SO2气体排放进行监测,与紫外成像遥感获得的SO2浓度进行对比表明,两方法实验结果所计算得到的浓度信息趋势相一致,从而证明紫外成像遥感监测技术测量结果的准确性,同时展现了该技术在工厂烟囱及船舶尾气污染排放遥感监测中的巨大应用前景。

光学成像遥感器动态成像质量评价的关键及发展概况

针对振动造成光学成像遥感器成像质量的下降问题进行了探讨,并对振动影响成像质量的综合分析中的关键问题以及这些关键问题的发展概况进行了综述,为工程中进行光学系统动态成像质量的评价打下基础.

微角振动对遥感相机成像质量的影响分析

针对高空间分辨率航天器遥感成像受微角振动影响模糊化的问题,从理论建模、仿真分析和实验验证3个维度量化了微角振动幅值、频率、初始相位等特性对遥感相机成像质量的影响.首先,从成像原理出发,建立了图像退化模型,分析了微角振动导致图像模糊和几何形变的机理.其次,分析了角振动参数对像移的影响规律,建立了不同角振动频率对应的调制传递函数(MTF)的解析计算式,分析了角振动幅值、角振动频率和初始曝光时刻对MTF的影响规律.然后,利用MATLAB搭建仿真平台,以调制传递函数面积(MTFA)作为评价指标,量化分析了角振动幅值、角振动频率和初始曝光时刻对图像模糊度的贡献程度.最后,搭建了振动实验平台,实验验证了各个振动参数对成像质量的影响规律.结果表明:图像像质随角振动振幅的增加而下降,频率100.0 Hz的角振动幅值从0.0064°增加至0.0281°时,MTFA由0.2776下降至0.1192;低频角振动作用下成像质量与角振动初始相位、振幅、频率有关,高频非整周期振动会造成MTF曲线的波动,且非整周期振动对成像质量的影响随着角振动频率的增加而减小.曝光时间为角振动周期的整数倍时,初始曝光时刻对图像像质的影响可以忽略.微角振动对遥感影像几何精度的影响规律能够为高轨遥感相机微角振动的测量与抑制提供理论支撑.

遥感卫星成像的HoloLen2混合现实教学设计与实践

针对遥感卫星成像教学内容的特点,以及现有教学手段的不足,基于微软HoloLens2头戴式MR设备,将遥感卫星轨道和成像原理等课程知识点融入到混合现实环境中。设计了遥感卫星成像教学内容,混合现实环境开发,以及MR课堂教学实践。在混合现实技术的支持下,遥感课程教学强化了遥感卫星成像的重难点知识,HoloLens2混合现实技术在实际的教学过程中得到学生的认可,有效地提高了遥感卫星成像的教学效果。

遥感图像处理系统智能运维策略研究

针对现有遥感图像处理系统运维存在的难度大、时效性低等不足,研究系统智能运维策略,主要包括三部分,一是设计系统状态监测体系,研究遥感图像处理系统状态监测方法,实现系统指标数据的自动采集、汇聚和管理,为系统状态智能分析和智能运维的实施提供监测信息输入源;二是基于历史监测指标,使用机器学习算法构建趋势模型,自动识 别检测指标的异常值。另一方面,构建基于服务调用链的根因定位分析模型,采用智能决策 算法逐层排查快速定位异常原因;三是采用异常人工处置故障树实现系统异常处置。

低成本小型化遥感光学系统设计

随着航空航天成像技术的发展,遥感成像观测系统需求不断增加,为了简化光学系统的加工装配复杂度,缩小光学系统体积,该文提出了一种低成本、小型化遥感成像光学系统设计方法。在全球面镜的基础上,配合氟化钙等低色散材料,设计了一种焦距2000 mm,适用于5.08 cm(2 inch)探测器的光学成像系统,该系统在50 lp/mm处MTF(调制传递函数)优于0.41,体积与R-C系统接近,系统的球面主、次镜避免了在加工装调时使用非球面补偿器,降低了加工装调成本。同时设计了新型百叶窗遮光罩结构,有效避免了传统外遮光罩结构形式体积过大的问题,规避角大于12°后PST(点源透射比)值均小于10^(-6),且光学体积仅为ф227×421 mm^(3),远小于传统外遮光罩形式。该系统具有低成本、结构小型化、轻量化、像质优良、杂散光抑制良好等优点,在工程应用中可以满足航空航天成像系统的使用要求。

遥感成像中的胶片展平

比较了几种胶片展平的方法，提出了在运用真空展平方法设计中应注意的振动和噪声问题，并给出了受力复杂的真空泵叶片的设计计算方法。

叶片化学组分成像光谱遥感探测机理分析

利用地面光谱仪的测量数据 ,进行了成像光谱遥感探测叶片化学组分的机理性研究。采用多元逐步回归方法 ,分析了鲜叶片 7种化学组分含量与其光谱特性的统计关系 ,分别建立了反射率 ρ及其变化式 1/ρ、logρ和ρ的一阶导数Kρ 与化学组分含量的统计方程 ,并对这 4个指标的性能进行了比较和评价。结果表明 ,在 95 %的置信水平下 ,可以由叶片的精细光谱特征较好地反映出化学组分含量 ;特别是利用Kρ 作为因子 ,使置信水平提高到 99% ,尤以对粗蛋白质、N、K含量反映最好 ,R2 均达到 0 8以上 ,粗蛋白质可达 0 95 6 4。

利用成像光谱遥感技术识别和提取矿化蚀变信息——以河北赤城—崇礼地区为例

成像光谱遥感因其具有高的光谱分辨率和能被直接利用于识别地物与量化地物信息而极具应用前景。不同岩石矿物和矿化蚀变具有不同的光谱特征 ,这是利用成像光谱遥感技术进行岩矿、蚀变信息识别的基础。以后沟金矿区和西沟窑矿化区为例 ,从应用技术和方法上开展了成像光谱遥感对蚀变岩识别的研究 ,阐述了进行岩矿识别的波谱机制、蚀变岩的信息识别与提取方法的选择、应用效果以及彩色合成显示等 ;其中光谱角度填图技术已被使用 ,并取得了良好效果。

成像光谱遥感定标模型的分析与评价

通过对目前国际上流行的几种光谱定标模型的分析研究，发现：基于图像结构特征的定标模型具有丢失光谱特征的缺点；基于ＲＴ定标模型对水汽过分敏感；基于ＥＬ的定标模型对地形要求严格；而基于光谱混合理论的定标模型其内部算法仍需改进，等等。由此，在实际工作中。

TDI CCD电荷转移对遥感相机成像质量的影响

由于多相位TDI CCD行间电荷转移引起的像移无法通过光、机、电等方法消除,本文研究了电荷转移对遥感相机成像质量的影响。首先,介绍了推扫式遥感相机的工作原理与前向像移补偿方法。接着根据TDI CCD行间电荷的转移方式,利用脉冲传递函数建立了电荷转移速度模型,并对TDI CCD电荷转移速度与景物像点移动速度进行了比较分析,揭示了TDI CCD电荷转移像移产生的原因。然后,建立了多相位TDI CCD电荷转移像移的调制传递函数,定量给出了二、三、四相位TDI CCD电荷转移像移引起的空间频率对比度损失。最后,搭建测试平台,采用胶片式遥感相机获取了奈奎斯特频率处的靶标图像,其分辨率为60lp/mm,并比较了三、四相位TDI CCD电荷转移像移对靶标分辨率的影响。实验结果表明,提出的电荷转移像移模型与图像实验仿真结果相吻合。

成像雷达遥感地质灾害应用

概述了合成孔径雷达技术的发展状况,对合成孔径雷达成像机理及特征做了简要介绍。结合SAR技术的发展阶段,简述了成像雷达遥感地质研究的技术理论,总结了国内外应用研究现状。同时对新兴起的新型成像雷达技术(极化雷达、干涉雷达)及其发展趋势也做了简单描述,重点突出了新型成像雷达技术在地质地震研究中的应用。最后提出了新型成像雷达技术在目前研究中存在的问题及对当前研究的改进措施,展望了他们未来的发展趋势。

基于光学遥感成像模拟软件的伪装效果检测

通过分析以往伪装效果检测方法的不足,提出基于光学遥感成像模拟的伪装效果检测方法。采用ISODATA法对高分辨率卫星图像进行非监督分类,得到土地分类专题图,并在其上部署真目标及伪装目标,通过地物光谱数据库进行反射率转换,从而获得地面反射率图像;利用大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,结合卫星遥感器辐射定标系数及传感器调制传递函数(MTF),最终得到卫星遥感器输出图像,对仿真过程中的输出图像进行分析,得到各种情况下的发现概率。通过系统仿真结果表明,基于光学遥感成像仿真的方法可以为伪装效果检测提供一种有效的手段。

遥感-岩石力学(VII)——岩石低速撞击的热红外遥感成像实验研究

利用热红外遥感成像技术进行岩石低速撞击瞬间的遥感监测,分别进行了以大理岩为主的不同岩性的垂直撞击实验、不同角度的倾斜撞击实验以及不同表面条件(潮湿度)的垂直撞击实验。发现(1)岩石垂直撞击时,均存在一临界速度,不同岩性岩石的临界速度值有所差异,以大理岩为例,其临界速度约为15m/s;(2)辐射特征与撞击因子相关,大理岩在临界速度以内垂直撞击时,热红外辐射通量增量与弹体动能线性相关,热红外辐射温度增量与撞击速度二次相关;(3)不同角度撞击时,热红外辐射特征各不相同,其辐射强度基本上都比相同速度下垂直撞击时强,且在45°角入射时达到峰值;(4)潮湿与干燥大理岩在垂直撞击时具有不同的热红外辐射特征,且其变化趋势与速度相关。

激光遥感成像信号与目标细特性关系研究

根据提高激光遥感成像分辨率的需要,分析了激光遥感成像分辨率的影响因素,说明了传统处理方法仅利用回波时延和强度信息,难以得到光斑内部地表信息,在某些情况下,甚至会造成较大的成像误差。通过对激光遥感成像信号与地表目标细特性的时空调制关系分析,探讨了地表高度分布与反射率分布特性对回波波形的不同影响,得到激光合成回波数学模型。分析信号反演方程的可解性,利用最小均方误差法得到地表细特性分布的反演结果。通过与传统分析方法得到的成像结果比较,证实该分析方法可以有效提高成像分辨率和成像精度。其中,关于目标细特性的分析提取方法是对激光遥感成像信号处理的开拓性研究。

“高分一号”卫星遥感成像特性

"高分一号"(GF-1)卫星是中国高分辨率对地观测系统重大专项的首发星。为保证广大用户更好地应用该卫星数据,文章从卫星轨道特性、观测与接收、成像几何特性、时间特性等方面,论述了该卫星的区域连片覆盖、谱段时相对齐和辅助数据应用的结果。给出了GF-1卫星构像方程所需要成像时刻、GPS定位、星敏定姿数据的插值实例,基于卫星设计角度阐述了面向应用的GF-1卫星遥感成像及处理特性。

基于非局部相似度约束的多通道复用压缩遥感成像方法

结合压缩感知成像原理和遥感成像系统的物理可实现性,提出了采用掩膜编码的多通道复用压缩成像方法.首先,采用多组随机二值伯努利分布的掩膜为不同光学通道视场进行压缩编码,在单位积分时间内采集重构图像所需的欠采样数据.然后,针对传统的全变分范数最小化的重构方法易受遥感图像局部突出特征干扰的问题,提出了以遥感图像空间域非局部相似度为正则化重构标准的先验约束.实验结果验证了此压缩成像方法的可行性.与传统算法相比,此重构算法能够在保留图像细节的同时实现有效重构.

成像光谱遥感技术及其在地质中的应用

成像光谱遥感技术作为20世纪80年代初发展起来的新型遥感技术,代表了遥感定量化的发展方向。概述了当前成像光谱遥感技术的发展和应用现状,探讨了成像光谱数据的特点及其处理技术方法,并介绍了其在地质领域的应用。