Image Quality assessment for Chang＇E-1 IIM 2C Data

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ClementineUV-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0.63 pixel.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.      

三层月壤模型的多通道微波辐射模拟与月壤厚度的反演

由月球表面数字高程试验性地构造了整个月球表面月壤厚度的分布.根据Clementine探月卫星的紫外-可见光光学数据,计算了整个月球表面月壤中FeO+TiO2含量分布,给出了整个月球表面月壤介电常数分布.由月球表层温度的观测结果以及月壤的导热特性,给出了月尘层与月壤层温度随纬度分布的经验公式.在这些条件的基础上,建立了月尘、月壤、月岩三层微波热辐射模型.由起伏逸散定理,模拟计算了该月球模型多通道辐射亮度温度.然后,以此辐射亮度温度模拟加随机噪声为理论观测值,按三层模型提出了月壤层厚度反演方法.由于高频通道穿透深度小,由高频通道的辐射亮度温度按照两层月尘-月壤微波热辐射模型反演月尘层与月壤层的物理温度,再由穿透深度较大的低频通道辐射亮度温度反演月壤层厚度.对于反演的相对误差也进行了讨论.      

月球表面元素含量的定量分析方法

综合了月球元素定量研究在探测手段和定量方法等方面取得的最新进展。在探测手段方面,介绍了美国最近发射的克莱门汀和月球勘探者探测器使用的多谱段成像仪、中子探测仪以及γ谱仪的主要性能,在定量方法方面,讨论Fe、Ti以及稀土元素等在定量方法上的进展。     

Quality assessment by region in spot images fused by means dual-tree complex wavelet transform

This work is motivated in providing and evaluating a fusion algorithm of remotely sensed images, i.e. the fusion of a high spatial resolution panchromatic image with a multi-spectral image (also known as pansharpening) using the dual-tree complex wavelet transform (DT-CWT), an effective approach for conducting an analytic and oversampled wavelet transform to reduce aliasing, and in turn reduce shift dependence of the wavelet transform. The proposed scheme includes the definition of a model to establish how information will be extracted from the PAN band and how that information will be injected into the MS bands with low spatial resolution. The approach was applied to Spot 5 images where there are bands falling outside PAN’s spectrum. We propose an optional step in the quality evaluation protocol, which is to study the quality of the merger by regions, where each region represents a specific feature of the image. The results show that DT-CWT based approach offers good spatial quality while retaining the spectral information of original images, case SPOT 5. The additional step facilitates the identification of the most affected regions by the fusion process.     

Construction of lunar DEMs based on reflectance modelling

Existing lunar DEMs obtained based on laser altimetry or photogrammetric image analysis are characterised by high large-scale accuracies while their lateral resolution is strongly limited by noise or interpolation artifacts. In contrast, image-based photometric surface reconstruction approaches reveal small-scale surface detail but become inaccurate on large spatial scales. The framework proposed in this study therefore combines photometric image information of high lateral resolution and DEM data of comparably low lateral resolution in order to obtain DEMs of high lateral resolution which are also accurate on large spatial scales. Our first approach combines an extended photoclinometry scheme and a shape from shading based method. A novel variational surface reconstruction method further increases the lateral resolution of the DEM such that it reaches that of the underlying images. We employ the Hapke IMSA and AMSA reflectance models with two different formulations of the single-particle scattering function, such that the single-scattering albedo of the surface particles and optionally the asymmetry parameter of the single-particle scattering function can be estimated pixel-wise. As our DEM construction methods require co-registered images, an illumination-independent image registration scheme is developed. An evaluation of our framework based on synthetic image data yields an average elevation accuracy of the constructed DEMs of better than 20 m as long as the correct reflectance model is assumed. When comparing our DEMs to LOLA single track data, absolute elevation accuracies around 30 m are obtained for test regions that cover an elevation range of several thousands of metres. The proposed illumination-independent image registration method yields subpixel accuracy even in the presence of 3D perspective distortions. The pixel-wise reflectance parameters estimated simultaneously with the DEM reflect compositional contrasts between different surface units. Specifically, the detected variations of the parameter of the single-particle scattering function indicate small-scale variations of the regolith particle size, possibly as a result of differences in soil maturity.     

Characterizing bedrock lithologies using Small Crater Rims and Ejecta Probing (SCREP)

This paper describes the rationale, methodology, and importance of focusing on the rim and proximal ejecta of small (<5 km in diameter), immature impact craters to explore an underlying crustal lithology. Small Crater Rim and Ejecta Probing (SCREP) describes a methodology and application program that extracts bedrock spectral and compositional information from a remote sensing image. Extracted data can yield the pristine lithologies of a planetary crust that would otherwise be obscured by the products of space weathering processes. SCREP was developed with lunar data, specifically Clementine multispectral image mosaics, therefore the technique is discussed in this context. However, its application to other airless solar system bodies is apparent. Knowledge of the pristine bedrock compositions of a planetary crust provides insight into geological surface processes, which can be used to refine models of planetary interiors and their evolution.     

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.     

Preliminary Scientific Results of Chang'E-1 Lunar Orbiter: Based on Payloads Detection Data in the First Phase

Chang'E-1 lunar Orbiter was launched by Long March 3A rocket from Xichang Satel-lite Launch Center at 18:05BT(Beijing Time) Oct.24,2007.It is the first step of its ambitious three-stage moon program,a new milestone in the Chinese space exploration history.The primary science objectives of Chang'E-1 lunar orbiter are to obtain three-Dimension(3D) stereo images of the lunar surface,to analyze the distribution and abundance of elements on the surface,to investigate the thickness of lunar soil,evaluate helium-3 resources and other characteristics,and to detect the space environment around the moon.To achieve the above four mission objectives,eight sets of scientific instruments are chosen as the payloads of the lunar orbiter,including a CCD stereo camera(CCD),a Sagnac-based interferometer spectrometer(ⅡM),a Laser Altimeter(LAM),a Microwave Radiometer(MRM),a Gamma-Ray Spectrometer(GRS),an X-ray spectrometer(XRS),a High-Energy Particle Detector(HPD),and two Solar Wind Ion Detectors(SWID).The detected data of the payloads show that all payloads work well.This paper introduces the status of payloads in the first phase and preliminary scientific results.     

一种新的遥感影像清晰度评价方法

针对传统清晰度评价算法很难准确评价遥感卫星影像清晰度的问题,结合工程应用及遥感影像特点提出了一种新的遥感图像清晰度评价算法--自检测灰度梯度函数清晰度评价算法。把评价过程分为目标区域检测和清晰度特征参量提取,为解决遥感影像数据量大且景物密度与分布特点各异的问题,首先通过检测算子对一幅遥感影像中各区域进行检测来得到景物丰富且边缘明显的目标区域,然后再对目标区域进行灰度预处理并提取目标区域的边缘灰度梯度来评价清晰度。通过三组不同类型影像对该算法进行验证,分别为遥感相机在轨离焦仿真影像和噪声仿真影像,以及在轨型号遥感卫星影像,对比几种传统典型清晰度评价算法和自检测灰度梯度函数的评价效能,结果表明：文中方法满足遥感影像清晰度评价的基本要求,解决了传统算法无法横向比较不同遥感相机影像及不同大小影像清晰度的问题,是一种适合卫星遥感影像清晰度评价的方法。