非制冷红外探测器片上偏压逐点非均匀性校正方法

针对非制冷红外焦平面阵列(Uncooled Infrared Focal Plane Array,UIRFPA)成像系统中普遍存在的非均匀性较差的问题,本文提出了一种基于探测器工作偏压对其输出影响来进行片上非均匀性校正(Non-uniformity Correction,NUC)的方法——探测器片上偏压逐点NUC技术。该方法是在探测器每一个像元关键偏压VEB和VFID上使用DAC供电,通过在积分前对每个像元的偏压进行单独的调整来校正其信号输出值。在不影响探测器帧频的情况下,实现了非均匀性从1.9%降低到0.4%,有效改善了探测器原始信号的非均匀性,且具有很好的实时性。

可见近红外宽波段复消色差高光谱物镜设计

为满足高光谱成像仪在365~1000 nm波段范围的成像需求,设计了一款中等视场角、大相对孔径的复消色差物镜。从初级色差理论出发,分析了可见近红外波段的玻璃材料的色散特性,为光学设计选择玻璃材料提供了理论依据。设计结果表明:通过对低色散氟冕玻璃的合理使用,物镜在宽波段内的色差得到了良好校正,二级光谱仅为0.014 mm。物镜焦距18 mm,相对孔径1∶2.4,视场角30°,成像质量接近衍射极限,满足高光谱成像仪的设计要求。

轻小型宽谱段紫外高光谱成像仪光学系统设计

覆盖"日盲"紫外到近紫外波段的光学材料少,增加了小F数、大视场宽谱段紫外高光谱成像仪设计的难点。本文仅采用熔融石英和氟化镁两种材料,设计了一套宽谱段紫外高光谱成像仪,光谱范围为250~400 nm,焦距15 mm,F数3.2,视场31?。系统实现了模块化设计,前置成像镜头和后接光谱仪可独立成像。为保证对接后高光谱成像仪具有较好的像质,紫外镜头采用像方远心设计;光谱仪采用Offner结构,且反射镜实现了一体化设计,由两个元件组成,可实现同轴安装,极大降低了装调难度。对接后紫外高光谱成像仪像质较好,系统结构紧凑,外形尺寸仅有128 mm×60 mm×60mm,实现了系统轻小型化设计。

基于气象卫星云图的红外吸收带火山特征分析

飞行目标在2.7和4.3μm谱段附近具有较强的红外辐射,因此这两个波段是探测飞行目标的最佳波段,但是由于这两个波段并非大气窗口,不被大多数遥感器包含。对这两个谱段的典型地物特性开展研究具有重要的价值,但由于缺乏必要的数据获取能力,经常面临数据缺乏的问题。世界范围内频频有各种程度的火山爆发,火山爆发时温度较高的火山口,是否对于天基红外探测系统典型目标探测有影响,其影响程度如何一直缺乏相关的分析和研究。基于大气辐射传输理论,利用多元统计分析得到波段转换模型,使用气象卫星已有波段获得红外吸收谱段数据。将火点像元视为明火和背景的混合像元,采用目标与背景分离的方式描述高温目标像元的热辐射。对高温目标辐射量,在气溶胶模式固定的情况下,选取观测天顶角、大气可降水量、大气廓线为自变量影响因子。对于背景辐射亮度关系,选取观测天顶角、大气可降水量、大气廓线、背景温度为自变量影响因子,利用多元统计,建立相关模型。利用对地面热状态非常敏感的风云三号可见光红外扫描辐射计第3通道数据的统计特征探测火山口,获取高温目标在特定波段的表观多维特征并定量分析。火山的多维特征分析,主要从时间和空间两个维度展开。时间维度是对同一火山在不同时间的数据进行分析,空间维度上,主要统计火山口的辐射亮度和亮度温度的空间分布特征。一般气象卫星分辨率较低,单纯利用像元个数表示火山面积,明显夸大了火山的实际面积,所以基于亚像元特性对火山进行分析,将混合像元火点视为明火和背景的组合,运用线性光谱混合模型,通过混合像元的辐射率精确计算火山高温点的面积和温度,提高定量分析精度。分析结果表明:通过仿真手段结合多元统计分析方法建立高温目标的波段转换模型是一种可行的预研手段。在2.7～2.95μm谱段,火山口在弱背景环境下可能会对高温目标造成干扰,而在4.2～4.45μm谱段,火山口能量远高于一般地表类型,是不可忽视的干扰。

空间相机电控箱热设计

针对某空间高光谱相机电控箱内同时存在高功率器件和经筛选后温度鲁棒性较低的工业级芯片的情况,对电控箱进行合理的热设计。除了对箱体进行表面发黑、填充导热材料外,对电控箱内各个单板设计了"日"字型金属导热框架,在敏感芯片顶部增加了导热铜片。为验证散热设计方案的合理性,对电控箱基于Icepak软件进行了建模分析,仿真结果显示最高温度为75.6℃,小于85℃,散热方案满足指标要求。最后对电控箱进行热真空试验,试验结果与仿真结果一致,热控设计合理。

水质参数遥感反演光谱特征构建与敏感性分析

水质遥感监测是遥感的重要应用方向之一,作为传统水体采样化验的辅助手段,具有快速、大面积、无接触的技术优点。然而,目前内陆河湖水环境监测常用的遥感传感器大多是针对陆地观测或海洋水色观测而设计的,其性能指标的设计和设置并未考虑到内陆水体特性,限制了水质遥感定量监测的应用。针对这一问题,提出了一种基于变异系数和噪声占比指数的水质参数反演光谱特征构建方法,并通过光谱仿真模拟实验,研究光谱分辨率、信噪比以及辐射分辨率对典型水质参数反演模型的影响。选择上海市三项典型水质参数溶解氧(DO)、总磷(TP)和氨氮(NH_(3-)N)为研究对象,分别构建了水质参数反演光谱特征及相应遥感反演模型,然后开展光谱仿真模拟实验,定义了敏感度S和水质敏感微分指数CI,进行敏感性分析。最终从模型反演准确度和稳定性两个方面来评价仪器参数对水质参数遥感反演模型的影响。结果表明:光谱特征构建方法能有效确定水质参数反演特征波段。光谱分辨率对比值型的水质参数反演模型的影响较小,而信噪比和辐射分辨率对模型影响较大,随着信噪比和辐射分辨率的增加,水质参数模型精度和稳定性都有一定提升。综合仪器指标敏感性分析,可知当信噪比优于56 dB,辐射分辨率不低于9 bit,光谱分辨率适宜,能够较好地应用于内陆河湖水质遥感监测。该研究不仅可以为面向内陆河湖水质监测的传感器的研制提供参考和借鉴,还能为水资源监管部门进行水质遥感监测提供技术支持,有利于加快水环境智能化监测体系的构建。

不同采样体制对点目标的定量检测性能影响

围绕单采样和过采样扫描探测体制下的点目标定量检测性能,基于亚像元的采样模型,建立了一定分辨率条件下探测不同高度、尺寸目标的成像链路仿真模型,从目标信号采集能力、背景及杂波水平影响、检测能力和测量特性四个方面对比分析了相同瞬时视场的单采样、过采样以及两倍瞬时视场的过采样三种规格采样体制的目标检测性能.分析结果表明:相同瞬时视场的过采样比单采样更有利于目标信号的采集,检测能力更强,两倍瞬时视场的过采样对目标信号有抑制作用,不利于低信杂比情况下的目标探测;两种规格的过采样对背景信号及杂波均有抑制作用;两种规格的过采样对目标辐射强度都有明显的过采集误差,必须进行修正.

基于机器视觉的玉米三维表型参数提取算法

针对目前玉米植株表型参数提取存在精度低、测量时间长和需要人工辅助等问题,提出了基于机器视觉的三维表型参数提取方法。采用瞬时成像设备,获取玉米植株64个角度无背景的图像;基于机器视觉获取三维点云,采用基于拉普拉斯的骨架提取算法提取玉米骨架,对叶片骨架和茎秆骨架优化后,提取叶长、叶最大宽度、叶基部高度、叶夹角、株高和植株最小包围盒体积。比较两个玉米自交系参数提取结果,取误差上限,骨架优化前后叶长、叶最大宽度和叶基部高度平均绝对百分比误差分别下降5.89%、0.04%和0.86%;与人工测量值相比,测得的叶长、叶最大宽度和叶基部高度的平均绝对百分比误差分别为6.66%、6.45%和5.43%。本研究提供了一种高精度、高通量、自动化的玉米生长动态定量化测量方法。

多角度偏振成像仪全像面在轨偏振定标方法

多角度偏振成像仪(MAPI)可获得多光谱、多角度的偏振信息,用于反演气溶胶与云的微物理特性。偏振的高精度探测需要精确的偏振定标。由于MAPI未配置星上定标器,因此采用自然景物作为偏振定标源。建立了全视场在轨偏振定标模型,分析了水云偏振特性。选用散射角为100°的水云像元作为无偏的定标源。求解了偏振响应矩阵所需的偏振片-滤光片组合的相对透过率、镜头起偏度以及低频相对透过率,最终计算出全像面偏振响应矩阵分布。分析了偏振片-滤光片组合的相对透过率三年平均值的变化,采用实验室定标结果进行验证,得到的相对误差为0.71%。采用最小二乘法拟合了镜头起偏度、低频相对透过率随视场角的变化。采用实验室偏振定标结果进行验证,得到的中心视场相对误差为1.22%。分析了算法的不确定度,得到中心视场合成不确定度为1.27%,边缘视场合成不确定度为2.19%,满足设计指标。所提定标方法对宽视场偏振成像仪的在轨定标有一定的借鉴作用,为气溶胶反演应用提供质量保证。