嫦娥一号干涉成像光谱仪2C级图像数据质量评价

嫦娥一号干涉成像光谱仪(IIM)获取的多波段图像数据对于月表矿物成分反演具有重要意义. 从目视质量、客观参数、几何配准精度、图像质量随时间的变化情况等方面对IIM 2C级的多波段图像数据质量进行了评价. 结果显示, 其两端波段范围的图像质量较差, 不能有效识别月表单元, 中间波段图像质量较好; 自然色图像显示IIM数据存在明显的横向色调不均一性. 利用图像的客观评价指标(辐射精度、清晰度、信息量)将干涉成像光谱仪图像数据与美国Clementine UV-VIS多光谱图像数据进行对比分析, 结果表明, IIM数据清晰度好于Clementine UV-VIS, 而在方差和信息量上弱于Clementine UV-VIS. 将IIM图像数据与Clementine多光谱数据统一到相同的空间分辨率, 进行配准精度评价, 其最大控制点配准误差为0.63pixel. 此外, 还对时间跨度两个月覆盖月表同一区域的IIM图像数据从辐射精度、信息量和清晰度方面进行了评价.      

基于光谱特征的自适应子空间波段选择方法

针对现有波段选择方法无法依据感兴趣地物划分数据子空间及子空间划分容易受背景地物影响等问题,提出一种基于光谱特征的自适应子空间波段选择方法.利用感兴趣地物的光谱曲线,建立光谱自适应因子(SAF,Spectral Adaptive Factor);通过聚类划分子空间,在每个子空间内,利用J-M距离筛选类别可分性最大波段作为子空间最优波段,从而得到整个数据空间的最佳波段组合.利用AOTF (Acousto-Optic Tunable Filter)成像光谱仪数据与波段指数(BI,Band Index)和基于类间可分性最佳波段选择两种方法比较,SAF方法选择的最佳波段组合,包含信息量丰富,地物之间差异较大,且地物平均J-M距离大于另外两种方法.用最大似然法(maximum likelihood)对最佳波段组合进行分类,总体分类精度为96.8％,Kappa系数为0.894.结果验证了SAF方法的有效性和实用性.     

基于光谱特征的自适应子空间波段选择方法

针对现有波段选择方法无法依据感兴趣地物划分数据子空间及子空间划分容易受背景地物影响等问题,提出一种基于光谱特征的自适应子空间波段选择方法.利用感兴趣地物的光谱曲线,建立光谱自适应因子(SAF,Spectral Adaptive Factor);通过聚类划分子空间,在每个子空间内,利用J-M距离筛选类别可分性最大波段作为子空间最优波段,从而得到整个数据空间的最佳波段组合.利用AOTF (Acousto-Optic Tunable Filter)成像光谱仪数据与波段指数(BI,Band Index)和基于类间可分性最佳波段选择两种方法比较,SAF方法选择的最佳波段组合,包含信息量丰富,地物之间差异较大,且地物平均J-M距离大于另外两种方法.用最大似然法(maximum likelihood)对最佳波段组合进行分类,总体分类精度为96.8%,Kappa系数为0.894.结果验证了SAF方法的有效性和实用性.     

遥感图像的快速配准方法

针对多传感器遥感图像的配准,提出了一种快速有效的图像配准方法.该基于分级候选点集匹配的配准算法充分利用了分级匹配和候选点集匹配方法的优点,减少了特征提取空间和搜索空间.并在同名控制点对的确定中引入距离计算,能更有效地确定同名控制点对,减少了误匹配率,增加的距离计算时间代价很小,而且不随图像大小发生变换,只与最终匹配点对数目有关.采用主观与客观判断相结合的方法进行配准评价,实验结果表明,该算法在图像存在一定背景噪声,同时具有平移、旋转的情况下,可以准确地进行配准,提高了配准速度和精度.      

一种基于能量-灰度分布的图像清晰度评价方法

在分析了传统的清晰度评价函数后,提出了一种适用于评价光学滤波后成像质量好坏的图像清晰度评价算法。给出了该算法的原理和过程,该算法较之前的清晰度评价算法相比,更多的考虑了应用背景中光强对图像质量的影响。与其他几种清晰度评价函数的实验对比结果表明,该方法有效的克服了梯度平方函数的缺点,不仅适用于自动聚焦领域,对普通的图像清晰度评价也十分有效。     

TDICCD相机大视场多通道遥感图像自动拼接方法

在TDICCD大视场多通道遥感图像的拼接中, 由于存在成像平台谐振及颤振等因素的影响, 以往的经典方法抗噪性和鲁棒性不高, 很难达到图像高精度和快速拼接的要求. 为此, 提出了一种空域互相关自校正亚像素配准方法. 该方法针对TDICCD多通道图像间重叠像素的特点, 采用变搜索窗口的互相关系数作为评价函数; 采用局部检测法监视图像参数的变化, 找出图像每一部分最佳参数; 采用干扰点排除法控制图像中误匹配的点, 使参数更加可信; 在最佳点配准的基础上, 采用所提出的亚像素定位法对配准进行补偿.实际遥感图像拼接结果证明, 该算法精度优于0.1 pixel, 同时比其他方法速度快, 稳定性、抗噪性和鲁棒性都很高, 拼接图像获得了良好的效果.      

滤波器的相频特性对像质影响的仿真

利用计算机仿真的方法,研究了椭圆低通滤波器和Butterworth滤波器的相频特性对像质的影响。这种影响主要有边缘退化、分辨率损失、产生新的干扰条纹和几何畸变以及多波段图像配准精度降低等。     

基于深度神经网络的像素级别可见光图像配准

现有图像配准算法中,借助图像采集设备参数的方法存在硬件内参难以获得或精度不够的问题,采用匹配图像特征计算图像单应性的方法存在对场景深度信息利用不全的问题。针对这一现象,提出了结合可见光图像与其深度信息来生成更具有真实性的配准图像对数据,用以训练得到一个可以进行像素级别图像配准的深度神经网络PIR-Net。建立了一个大规模、多视角、超仿真的图像配准数据集:多视角配准(MVR)数据集,该数据集包含7 240对含有深度信息的待配准图像及其像素级别的坐标对准真值;基于编码器-解码器的深度神经网络结构,训练得到一个能以全分辨率形式对2幅输入图像之间的坐标变化矩阵进行重建的PIR-Net。通过实验验证了PIR-Net能够在未知相机内参的情况下实现不同视角的可见光图像配准,并比传统算法具有更高的配准精度。在MVR数据集上,PIR-Net的配准误差仅为通用的特征匹配对准算法(SIFT+RANSAC)的18%,同时减少了30%的时间消耗。      

全球首幅静止轨道地球大气高光谱图正式亮相 解读“风云四号”卫星首批图像和数据

<正>"风云四号"静止气象卫星于近日成功获取首批图像和数据,其搭载的多通道扫描辐射成像计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪、空间环境监测仪器包等载荷分别传回了圆盘图、大气光谱图、闪电分布图和磁暴监测图。这些图该怎么去看?又包含了哪些天气系统信息?这些数据信息对于天气预报和气候预测将有哪些推动作用?大气光谱图首次利用静止轨道获取高光谱大气探测数据干涉式大气垂直探测仪是国际上第一台在静止轨道上以红外高光谱干涉分光方式探测大气垂直结构的精密遥感仪器。通过该探测仪,成功获取     

多谱段全日面极紫外成像仪

在极紫外波段对太阳进行成像观测是研究太阳活动、日冕中等离子体物理特性的重要手段.传统极紫外成像仪或光谱仪无法同时实现高光谱分辨率和大视场的太阳成像.本文设计了一种新型太阳极紫外多谱段成像系统,采用无狭缝光栅分光方式实现了高光谱分辨率和空间分辨率的全日面成像,成像视场可达47',光谱分辨率每像素2×10-3 nm,空间分辨率每像素1.4',全日面时间分辨率优于60s.通过分析谱线的全日面成像图和系统响应,表明成像仪能大范围的观测太阳活动形态演化,为太阳物理研究和空间天气预报提供更完整的观测数据.      

基于ICP算法的手术导航三维配准技术

针对计算机辅助手术三维导航技术中术前CT图像与术中实际空间的配准问题,提出一种基于最近点迭代(ICP,Iterative Closest Point)算法的特征点云配准技术.利用医学图像空间和实际空间特征区域的两片点云坐标进行三维配准.对CT图像进行重建、分割及交互式操作得到医学图像特征点云;利用光学定位仪实时采集实际空间中对应区域的点云;通过主元分析(PCA,Principal Component Analysis)获取两组点云数据的特征向量进行初配准;进行最近点迭代使配准矩阵收敛到一个最优解,其中采用k-d tree寻找邻近点加速迭代过程.以塑料脊柱模型骨为对象进行了脊柱手术导航配准精度实验,进一步对实验中的点云数据加入高斯噪声以进行误差分析.结果表明这种配准方法简单可靠,在模型骨情况下配准精度在1mm以内.     

空间成像光谱信息的处理与分析

信息处理和分析是空间成像光谱技木中涉及最终取得地物目标识别结果的两个重要步骤。按照信息处理流程,阐述了存档处理、数据压缩、检索处理、辐射与几何校正等关键技术;并在评述图像恢复与增强处理及多光谱数据信息分析方法的基础上,对成像光谱数据人工目视解译与计算机分析解译技术进行了研究与探讨。     

高光谱遥感地形影响建模与仿真

针对地形起伏对高光谱遥感图像几何变形和辐射变化的影响,建立高光谱遥感地形影响模型.该模型利用传感器位置、姿态和视场角建立模拟图像像元坐标和地面空间坐标之间的成像几何关系,利用地表反射率、数字高程模型等数据,考虑大气辐射传输过程,计算起伏地形下传感器入瞳辐亮度图像,并经过空间分辨率转换,生成最终遥感模拟图像,实现高光谱遥感地形影响精确建模.利用西藏驱龙地区Hyperion数据和其它相关数据进行仿真分析,将模拟图像和原始图像进行对比,结果比较吻合,表明该模型具有较好的模拟效果.     

主带彗星探测的科学目的及光谱仪设计构想

由于主带彗星富含水冰等挥发分并且位于火星与木星之间的小行星带区域,因此很可能是给早期地球带来水资源的天体,自从20世纪初期被发现以来引起了行星科学界的极大兴趣,是未来绕飞探测的重要候选目标。总结了主带彗星133P光谱探测的科学目标,并根据不同成分光谱特征分析和热特性研究需求,提出光谱仪的主要指标构想。谱段需覆盖可见至甚长波红外(0.4～50μm),通过可见红外成像光谱仪和热辐射光谱仪两台载荷分别覆盖0.4～5μm和5～50μm的波段范围。可见红外成像光谱仪采用紧凑型光栅分光系统设计,光谱分辨率在可见光谱段优于5 nm,红外谱段优于10 nm,5 km探测距离下空间分辨优于0.5 m,通过低温制冷抑制背景辐射噪声,保证信噪比优于100。热辐射光谱仪采用时间调制型干涉分光方案,由一台双角镜摆臂式干涉仪实现5～50μm的分光,光谱分辨率8 cm~(-1),5 km探测距离下空间分辨率优于10 m,采用非制冷热释电探测器。通过对两台光谱仪研制过程中涉及的关键技术进行分析,为后续开展工程研制奠定基础。     

基于多光谱测温优化的材料光谱发射率测量

针对高温材料红外光谱发射率测量中样品表面温度难以准确测量的问题,提出了直接使用光谱仪测量得出样品表面的光谱辐射能量信息,选取其中合适的光谱波段利用多光谱测温方法得到样品表面温度,进而计算出材料的光谱发射率.分析了多光谱测温中发射率模型的阶次和测量波段选取对测温准确度的影响,给出了温度计算的稳健算法,并对其主要不确定度的来源进行了评定.在1 100 K左右温度下以不锈钢材料进行实验验证,得出温度引起的光谱发射率相对不确定度在2～20 μm范围内低于2%,满足红外隐身和辐射测温等领域的要求,适合于导热性能差的材料或涂层材料的高温光谱发射率测量.     

空间调制光谱成像仪相对辐射校正方法研究

空间调制干涉光谱成像仪不同于其他类型光谱成像仪,其得到的是包含地物空间信息和光谱信息的立方体干涉数据。该光谱成像仪由于原理特殊,在轨数据定标方法尚不成熟。文中介绍了一种基于统计思想来计算探测器CCD辐射模型的在轨相对辐射校正方法,并通过对"环境一号"A卫星上测得的实际在轨数据进行相应的处理,来验证该相对辐射校正处理效果。结果表明该方法可以达到修正CCD响应不均匀性、光场不均匀性和减小非线性相位偏移的双重作用,提高复原光谱的精度。     

基于光谱知识的高光谱图像自动识别方法

针对传统高光谱图像矿物识别方法未能充分利用矿物光谱诊断吸收特征与矿物光谱知识、识别过程人为干预多等问题,提出了一种基于光谱知识的高光谱图像自动识别方法.该方法引入了基于光谱吸收特征与波形特征的光谱知识作为自动识别的标准,利用连续统去除操作增强光谱吸收特征,采取基于光谱主次吸收特征的识别决策策略,建立多级约束准则以提高识别精度及避免误识别,通过利用模拟数据进行算法精度评价并应用航空高光谱成像仪AVIRIS(Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer)数据进行应用分析与验证.结果表明:当图像信噪比大于200时,识别准确率可以达到80.3%,能够得到良好的识别结果以及较高的精度,并实现了基于高光谱图像的矿物自动识别.     

基于太空风化的尖晶石二向性反射特性研究

简要介绍了不同太空风化条件下尖晶石的光谱特性,特别是利用Hapke模型计算了不同太空风化条件下尖晶石的二向性反射率分布特征。模拟的结果显示,对M3数据,可比较0.6μm和1.9μm附近的吸收特征;对IIM数据,则需要先分析太空风化程度,然后比较0.6μm和0.9μm附近的吸收特征来判断是否为尖晶石。该结论为选择探月传感器的波段组合识别尖晶石提供了依据,也为应用M3数据和"嫦娥1号"IIM数据的尖晶石判别奠定了基础。     

一种干涉SAR复图像数据的快速仿真方法

为了给干涉测高算法提供具有先验知识的干涉数据,进行算法的定量可控误差分析,以完成算法性能的定量评估,针对干涉SAR(合成孔径雷达)数据仿真进行了深入的研究.考虑多种因素,推导出用于干涉SAR仿真的一种仿真模型,能快速完成干涉SAR面目标复图像的仿真;并提出迭代插值算法反推雷达斜距,既很好地去除了干涉SAR仿真中的奇异点效应,又提高了仿真速度.能够为图像配准、相位解缠产生数据源,也可进行基线估计.计算机仿真结果表明,新仿真模型具有快捷、灵活、多功能性,迭代插值算法也具有快速准确性.     

基于多源影像的探测器月面着陆点定位与精度验证

探测器月面着陆点高精度定位是探测器着陆的重要技术环节，也是地外天体探测器开展各项工作的重要前提.本文基于多源图像数据，利用图像特征匹配和多重覆盖影像定位技术，设计了探测器月面着陆点高精度定位方法，并使用嫦娥三号任务相关影像进行了定位实验与精度验证.在高精度图像匹配和几何变换的基础上，降落相机序列影像间的匹配精度达到子像素，LRO NAC影像与中分辨率降落图像的匹配精度优于1pixel，最终解算的嫦娥三号探测器着陆点坐标为（44.1196°N，19.5148°W）.本文方法综合利用了多源图像数据，不完全依靠着陆区DOM底图的制图精度，是对影像与DOM底图配准定位结果的进一步精化，在未来的月球着陆探测任务中具有应用价值.