考虑点扩散函数效应的光谱遥感图像超分辨率制图

由于硬件设备的限制和土地覆盖类别的多样性,采集得到的光谱遥感图像的空间分辨率有时较为粗糙,导致大量混合像元产生,严重影响了土地覆盖类型空间分布的制图精度。超分辨率制图技术可以有效地处理光谱遥感图像中的混合像元,获得准确的地物类别分布信息。在遥感大数据背景下,来自同一卫星采集同一区域的多位移图像可以作为辅助数据改进超分辨率制图结果。然而,目前多位移图像插值超分辨率制图方法很少有效地考虑点扩散函数效应影响,导致制图结果精度降低。为了解决这一问题,本文提出了一种考虑点扩散函数效应的多位移光谱遥感图像超分辨率制图方法,改善土地覆盖类别制图结果。在所提出的方法中,首先,对多位移图像进行光谱解混,以生成粗糙丰度图像。然后,在考虑点扩散函数效应的情况下,对粗糙丰度图像先采用面到点克里格法,然后进行理想方波滤波,得到改善的粗糙丰度图像。接下来,通过插值对改善的粗糙丰度图像进行上采样以获得上采样丰度图像,并对上采样的所有丰度图像进行整合以获得精细丰度图像。最后,根据精细丰度图像提供的类别比例信息,使用类别分配方法将类别标签分配给亚像元,以获得理想的制图结果。实验结果表明,通过减少点扩散函数效应影响,所提出的方法展示出最佳性能表现,例如在美国华盛顿特区数据集实验结果的总体精度分别达到77.63%和Kappa系数达到0.7263。

基于惠更斯点扩散函数的光谱响应函数仿真

针对实验方法获取光谱响应函数存在时效性差和过程复杂的特点,提出了一种基于惠更斯点扩散函数仿真光谱响应函数及光谱分辨率的方法,该方法综合考虑衍射及像差信息,在光学设计阶段即可获得任意标称波长处的精细光谱响应函数及光谱分辨率.对自行设计的工作范围为1 000nm^2 500nm的光栅光谱仪进行单波长及全谱段光谱响应函数仿真,并以几何光线追迹法作为对比.结果表明,基于惠更斯点扩散函数仿真的光谱响应函数带宽始终大于后者获得的带宽,在全波段范围内二者偏差介于2%~5%,且前者变化会同时受衍射及像差影响.两种方法对数坐标表示的光谱响应函数比较表明,相对强度在10-2~10-5时,衍射效应明显,而低于10-5时仿真结果中衍射的影响可以忽略.该方法对分辨率为10nm的光谱仪仿真过程中产生不确定度为0.25nm.

简单光学系统的宽光谱点扩散函数估计

为了准确获取简单光学系统的点扩散函数(PSF),提升图像复原质量,本文提出了一种基于PSF测量的宽光谱PSF估计方法。首先,测量了光学系统的窄带PSF,并结合图像匹配算法,标定了实际光学系统中的探测器位置和光轴中心偏移。然后,模拟实际光学系统各波长、各视场的PSF,再结合目标反射光谱和探测器光谱敏感信息计算实际目标的宽光谱PSF。实验结果表明:本文提出的PSF估计方法明显优于窄带PSF估计和盲估计方法,复原图片质量和稳定性均有明显提升,能够准确估计实际光学成像系统的PSF。

星载成像光谱仪杂散光测量与修正

分析了星载成像光谱仪杂散光的来源和危害,研究了杂散光对此类光谱仪光谱测量精度的影响。介绍了用点扩散函数描述成像光谱仪杂散光的原理,推导了杂散光影响矩阵和杂散光修正矩阵的求解,给出了杂散光测量和修正的具体方案,并对测量和修正精度进行了分析。实验表明,基于点扩散函数的矩阵法可实现成像光谱仪杂散光的测量和修正。像元中心波长入射时,修正后有效信号降低不足1%,杂散光信号降低至少99%;像元中心波长和非像元中心波长同时入射时,修正后像元中心波长处有效信号降低7%左右,非像元中心波长处有效信号降低25%左右,杂散光信号降低近50%。最后,从原理上解释了杂散光修正效果受入射光波长影响的原因。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪杂散光抑制

考虑杂散光对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量精度的影响,设计了遮光罩和其他消杂光结构来抑制杂散光,并对杂散光进行了分析。利用TracePro软件分析了系统紫外通道1(240～315nm)的杂散光水平,确定了杂散光传输的一次、二次散射路径。根据杂散光传输路径,计算了杂散光评价指标点源透射比(PST)曲线,结果显示杂散光抑制措施效果明显,PST小于3×10-5,中心视场杂散光照度水平为5.472×10-4,最终杂散光水平达到了设计指标要求。采用截止滤光片法测量了系统的杂散光水平,结果表明:中心视场杂散光比值为8.167×10-4,和仿真结果接近,验证了仿真过程的准确性,说明设计的消杂光机构能够满足抑制系统杂散光的要求。

基于点源透过率测试系统的杂散光标定

为了提高点源透过率(PST)测试系统的杂散光测试能力及测试精度,提出并设计了一种标准镜头,用于在大离轴角范围内对系统的杂散光测试范围及测试精度进行标定。利用简单的物理模型设计了一种在实验室内对点源透过率测试系统杂散光测试精度定标的标准镜头;测量了标准镜头的表面物理参数,并将其带入TracePro软件计算出了不同离轴角对应的PST。对设计分析的PST值与实测的PST值进行比较,从而计算得到了该测试系统的测量精度。验证实验表明,该标准镜头的PST分析值与实测值之差优于lg/0.5,满足实验室内对点源透过率测试系统杂散光测量精度进行标定的要求,是PST绝对测量的可靠方法。该项技术为国内PST测试系统的精度校准问题提供了技术保障。

宽视场推扫式成像光谱仪杂散光校正方法研究

为了满足海洋水色宽覆盖与高灵敏度探测的遥感需求,正在研制一台宽视场推扫式成像光谱仪原理样机,针对该仪器存在的杂散光现象展开了研究。由于推扫式成像光谱仪穿轨和沿轨方向上视场存在巨大差异,这导致穿轨方向上的杂散光远大于沿轨方向,并明显地表现在图像中。为了避免杂散光影响海洋水色的定量化反演,建立了杂散光模型,并以此为基础提出了杂散光校正的方法,同时给出了校正效果的定量化表征。结果表明,该方法可以利用实验数据有效地消除成像光谱仪视场内杂散光的影响。

一米新真空太阳望远镜多波段光谱仪杂散光及空间PSF的测量

杂散光由于光学表面散射和地球大气散射引起,降低了光谱图像的空间分辨率。光学系统都存在杂散光,要获得高分辨的光谱图像需要对杂散光进行抑制。多波段光谱仪的杂散光分为两类:(1)光谱桶内由于光机结构引起的杂射光;(2)混在成像光路中并参与色散的杂散光。第1种杂散光可直接测量,约占光谱能量的3%左右。第2种杂散光由于受多种因素影响,所以很难精确测量。从日食光谱测量中测得在观测目标周围对目标产生的杂散光的下限约为10%,并对空间方向的点扩散函数进行测量,为光谱的高分辨重建提供参考。

光栅型成像光谱仪杂散光校正技术研究

成像光谱仪中杂散光的存在会导致光谱测量误差,对杂散光的校正可以得到精确的测量结果。采用He-Ne激光器测出成像光谱仪的点扩展函数,假设成像光谱仪是线性波长不变系统的前提下,构建光谱函数矩阵,确定影响波长权重,再通过带宽校正矩阵对其进行带宽校正,从而对仪器测量中的杂散光误差进行校正。最后,通过实验表明此杂散光的修正方法基本上消除了杂散光对测量信号的影响。

基于多位移光谱遥感图像的空间引力模型亚像元定位

目前基于多位移光谱遥感图像的亚像元定位方法通常很少考虑点扩散函数效应影响,本文提出了一种基于多位移光谱遥感图像的空间引力模型亚像元定位方法。为了生成粗糙丰度图像,首先对多个多位移光谱遥感图像进行解混;在点扩散函数效应被考虑的前提下,对粗糙丰度图像实施面积到点的克里插值处理,然后通过理想方波滤波进行滤波,最终获得改进后的粗糙丰度图像;利用空间引力模型对改进后的粗糙丰度图像进行上采样,从而得到上采样丰度图像,再对上采样丰度图像执行整合处理,以生成精细丰度图像;在完成上述所有图像处理步骤后,最终通过应用类别分配方法,将类别标签分发给各个亚像元,以此获得精确的定位结果。在2组实验数据集上的实验结果表明:本文提出的方法比现有的亚像元定位方法获得了更好的定位效果。

杂散光抑制与评估技术发展与展望(特邀)

随着空间光学技术的快速发展以及光电探测器件性能的不断提升,高分辨率、多光谱、低探测阈值的遥感系统在航空、航天等领域的应用越来越广泛,对光电载荷的杂光抑制能力与评价指标逐渐严苛,杂散光抑制技术和仿真分析已成为不可缺少的环节之一。尽管杂散光的抑制与评估技术开展较早,但仍然需要系统性方法体系引领该技术的发展,以改变当前分散化、碎片化的研究现状。因此,需要建立一体化的杂散光抑制与评估方法体系,在杂散光抑制方案制订、抑制模型表面特性测量与建模、杂散光抑制效果仿真、杂散光测试及评估等四个关键技术模块进行深入研究。本文给出了一套整体技术路线,为更好推进杂散光抑制与评估技术的发展和应用提供思路。

不同线宽结构杂散光Kirk模型分析

采用Kirk测量法的杂散光模型研究了杂散光在不同线宽结构上杂散光的光强变化,通过图像对比度分析了杂散光对不同线宽结构的影响。基于Matlab软件仿真分析表明:线宽一定时,线条越稀疏,图像对比度越低,杂散光对成像图形分辨力的影响越大;线条线间比一定时,线宽尺寸越小,图像对比度越低,杂散光对成像图形分辨力的影响也越大。所以杂散光对线宽较小并且线条稀疏空间结构所成的图形造成的影响较大。

基于椭圆形Monge-Ampére方程的杂散光检测系统光源特性的研究

通过对高光谱成像系统杂散光检测实验中光源部分的研究,提出了解椭圆形Monge-Ampére方程的方法来设计自由曲面透镜,并对测试光源出光分布的均匀性、准直性、稳定性进行检测研究。针对杂散光检测实验的要求,利用自由曲面透镜的特点对杂散光实验光源进行研究并改进光源特性,以此来提高杂散光检测实验的准确性和测试的可靠性,然后测试光束性能,使其满足杂散光测试的精度要求。通过实验分析,选取自由曲面透镜代替离轴三返平行光管来获得平行光,利用光线追迹软件Tracepro对系统光源进行了仿真,结果表明:利用该方法设计的光源出光分布较传统的平行光管有所改善,在正常情况下光斑均匀性能够达到85.3%,且光源的位置误差与透镜的转动误差对系统造成一定影响。

多光谱扫描仪整机传递函数和最小可分辨温差的计算

本文系统地讨论了红外整机各部分调制传递函数的表达式(特别是列阵探测器的调制传递函数的表达式)以及机载热成象系统的噪声等效温差和最小可分辨温差的表达式。以上海技术物理研究所最近研制成功的多光谱扫描仪为例,在用电子计算机算出该仪器的光学系统的弥散盘之后,计算了这些系统参数,并与实验结果作了比较,二者符合得较好。

儿童散光度数变化对波前像差的影响

目的探讨儿童散光度数变化对波前像差的影响,进而评估儿童视觉质量。方法收集就诊于大连医科大学附属第二医院眼科门诊的7~10岁儿童,散瞳3 d,第4天行验光和OPD像差仪检查,选取符合入选标准的顺规散光儿童59例。患者依散光度大小分为低散光度组(1.00 D≤散光度<2.00 D)、中散光度组(2.00 D≤散光度<3.00 D)、高散光度组(3.00 D≤散光度<4.00 D)。通过OPD检查获取波前像差、调制传递函数(modulation transfer function,MTF)和点扩散函数(point spread function,PSF)等光学信息,进而分析全眼的总高阶像差、总彗差、总球差、总三叶草所对应的均方根值(root mean square,RMS)和MTF曲线对应的面积比值(area ratio,AR)及PSF曲线对应的斯特列尔比值(strehl ratio,SR)。我们采用单因素方差分析比较三组间各高阶像差所对应的RMS值、AR值及SR值的差异。结果4 mm瞳孔直径下,总高阶像差的均方根值、总彗差的均方根值及总三叶草的均方根值随着散光度的增加而增大,且三组之间差别均有统计学意义(均为P<0.05)。总球差的均方根值随着散光度的增加而增大,但组间差别无统计学意义(P>0.05)。MTF曲线的AR值及PSF曲线的SR值都随着散光度增大而减小,且三组之间差别均有统计学意义(均为P<0.05)。结论顺规散光儿童散光度的变化对高阶像差、MTF、PSF均有影响,顺规散光的大小主要对高阶像差的不对称成分产生影响。

一种简化杂光分析方法的数理模型

杂散光分析是研制空间光学系统不可缺少的一个重要环节．本文提出了一种简化的杂光分析方法，在考虑了适当的假设条件后，建立了六种简化杂光分析物理模型，并给出了相应的数学模型．

对数功率谱离焦深度法在多光谱成像仪的应用

结合多光谱成像仪的成像特点,提出了一种基于对数功率谱的离焦深度自动对焦方法。以CCD相机为图像传感器,通过主控计算机进行调焦控制与图像处理来实现多光谱成像仪的快速自动对焦。首先,将相机探测器依次处于3个等距位置各采集一幅图像,结合三点判位法判断第二幅图片与准确对焦位置的位置关系。然后,以第二幅图片为参考图片,通过对其对数功率谱的相关计算得到准确的对焦位置。最后,将探测器移动到该计算位置,完成自动对焦过程。实验结果表明,系统对焦位置标准差为±0.159 9mm,最大偏差值控制在0.4mm以内,能够较好地满足系统的实时自动对焦要求。该调焦算法只需3幅图片即可完成自动对焦过程,具有调焦迅速,准确度高等特点。

星载大气主要温室气体监测仪杂光模拟分析

杂散光分析是提高信噪比,保证测量精度的关键手段之一。依据星载大气主要温室气体监测仪光学系统结构及其工作特点,设计了仪器的外遮光罩和前置望远系统的遮光筒。建立仪器的三维实体模型,利用Tracepro软件对仪器氧气通道（758~768 nm）的杂散光进行了分析,给出系统杂散光点源透射比（PST,Point Source Transmittance）曲线,PST在30°离轴角小于5×10-7。依据PST拟合曲线,通过积分计算得到杂散光系数小于4%。结果表明：杂散光抑制措施效果明显,杂散光水平达到了设计指标要求。

小型宽光谱太阳光谱仪光学设计

针对大气层外的太阳光谱辐照度监测,设计了一种星载小型宽光谱太阳光谱仪。光学系统应用改进的切尔尼-特纳光学结构,工作波长范围为600~1 200 nm（二级光谱）和1 200~2 400 nm（一级光谱）;一二级光谱使用二向色分光镜分离,并采用两片线阵探测器同时接收,实现全谱瞬态直读。整个光学结构的尺寸为80 mm×55 mm×20 mm。经过系统优化,全谱段子午方向像差低于6μm。基于惠更斯点扩散函数（PSF）,仿真探测器像元的光谱响应函数（SRF）,结果表明光谱分辨率在600~1 200 nm波段优于2 nm,在1 200~2 400 nm波段优于4 nm。系统结构简单紧凑,稳定性高,适合用于空间太阳光谱辐照度的在轨监测。

中分辨率成像光谱仪(MERISFM)的性能(下)

4.1光谱配准测试 光谱配准性能可以表明用不同波段拍摄的两幅图像在几何学上相叠合的程度.光谱配准性能可以用米、角度或图像探测器视场的百分比来表示. 热参数被认为是一个重要因子,这项测试是在真空条件下进行的.