红外高光谱遥感成像的技术发展与气体探测应用(特邀)

相对可见光和短波红外谱段来说,在红外谱段进行高光谱遥感成像具有独特优势,特别是在资源勘查、地表环境监测、大气环境监测、军事侦察方面。尽管当前红外高光谱成像仪主要以机载为主,还未实现星载,然而国内外相关机构从未放弃推进红外高光谱遥感的星载化。文中首先分析了国内外典型的红外高光谱成像仪的设计、实现与技术指标,从光谱分辨率、空间分辨率、辐射分辨率三个核心指标总结了现有红外高光谱成像仪的技术特点、存在问题和解决途径。未来很长的一段时间内,红外精细分光、低暗电流焦平面探测器、低温光学与背景抑制仍然是红外高光谱成像仪研制所要解决的核心问题。在此基础上,文中重点介绍了在远距离气体探测方面的应用,并分析了其独特优势。最后,展望了红外高光谱成像技术的发展方向。

一种改进的SFIM高光谱图像融合算法

基于平滑滤波的亮度调节(SFIM)图像融合技术具有算法简单、计算快捷、光谱保真度高的优点,但同样存在边缘模糊、空间纹理信息提高不足的问题。针对上述问题,本文从瞬时视场角的角度出发提出一种改进SFIM算法,采用隔行隔列采样技术代替原SFIM算法中的逐行逐列卷积方法,从原高分辨率图像中计算模拟低分辨率图像。试验结果表明改进算法在边缘清晰度和空间纹理信息等方面均有明显的提高,且保持了原SFIM算法计算快捷的优点。

四阶动力学建模和随机最优控制的UAV目标跟踪

现存大多数固定翼无人机(UAV)跟踪地面目标的方法需要一个或多个严格的假设,限制了实际应用,针对此问题,提出一种基于四阶动力学建模和随机最优控制的UAV跟踪方法。使用四阶动力学方程对UAV随机动态和目标进行初始化建模;通过一个适当的状态转换概率函数帮助UAV为每一个滚转动作画出蒙特卡罗样本;通过随机优化控制问题的解决确定最优控制反馈策略。仿真实验结果验证了该方法在实际应用中的有效性,与其他优秀方法相比,提出的方法的UAV仰角没有超出瞬时视场角(-152°~32°)的范围,目标没有逃离UAV的视线之外,而其他方法会使目标逃离UAV视线一次或两次。另外,能容忍的最高平稳风速最高达6 m/s,高于其他方法。

三维激光扫描仪的任意方向角度分辨率模型研究

提出了截止频率曲线的概念,给出了点云任意方向的瞬时视场角计算模型和点云平均有效瞬时视场角评价模型,并利用平均有效瞬时视场角模型对9款三维激光扫描仪进行分类,结论对如何求解点云任意方向的角度分辨率和整体角度分辨率具有指导意义。

地面三维激光扫描点云角度分辨率研究

给出了点云角度分辨率近似等于扫描间隔和光斑直径大小的两种取值条件,以及该条件与测角精度的关系、理论最小角度分辨率与测角精度的关系,在此基础上推导出了它们的简化关系式,并利用推导的公式计算分析了29款扫描仪角度分辨率二种取值的条件及其理论最小角度分辨率大小,验证了公式的实用性。

线性光谱混合模型的适用观测尺度分析

线性光谱混合模型是目前应用最广泛的光谱混合模型,但由于遥感观测多分辨率的特点,模型的适用性会受到尺度效应的影响。为探索该模型在不同观测尺度下的适用程度,本文从地物辐射原理出发,通过理论推导微面元辐射通量表达式,得出地物辐射通量除了与端元反射率和面积比有关外,也与天顶角存在显著的非线性关系。因此,在线性光谱混合模型和微面元辐射通量的基础上,推导了更具普适性的积分线性光谱混合模型的表达式,再采用数值模拟的方法,计算了两模型的相对差值Δρ,结果表明Δρ的大小仅与探测单元的半瞬时视场角β有关,并通过实测光谱实验对上述推论进行了验证。研究表明,当β<13°时,Δρ较小,线性光谱混合模型是积分线性光谱混合模型的一种近似表达形式,β完全可作为确定线性光谱混合模型适用观测尺度的关键依据,并且该模型的适用程度随β的增大而降低。

一种压电陶瓷二维指向镜的成像特性分析

与传统的二维指向镜系统不同,基于压电陶瓷的反射镜系统控制精度要求高,反射镜的反射面与三维坐标系的X轴平行,难以求得简单的解析表达式。为了解决这一问题,对反射镜系统中的光轴偏和像旋特性进行分析研究。从光学反射矢量基本理论出发,建立二维指向镜数学模型,根据目标偏转角解耦得到指向镜的方位角和俯仰角,模型采用数值解并提出数值解的约束条件。仿真实验结果表明:二维指向镜偏转误差远小于系统瞬时视场角;最后分析二维指向镜旋转引起的像旋问题,实验测得像旋误差小于0.01°。满足系统的精度要求,为像旋校正提供理论依据。