基于频谱相似性的高光谱遥感图像分类方法

提出一种基于光谱曲线频谱特征的高光谱遥感图像分类方法.该方法将高光谱图像中每个像元所对应的光谱序列视为一维离散信号,经离散傅里叶变换获得频谱图,由于不同地物光谱曲线的频谱表征差异明显,进而提出以目标和参考光谱曲线的频谱幅度值之差来度量光谱的相似性.由于频谱能量随着谐波次数的升高而急速下降,所以本文利用兰氏距离（Canberra距离）对该方法进一步改进,从而提高较高频率成分在光谱相似性度量中的贡献.此外,根据频谱图中各次谐波的能量分布规律,分析了地物光谱曲线的频谱能量累积分布函数,并最终确定参与相似性度量计算的谐波次数.为定量评价本文方法,本文采用两幅高光谱图像进行分类实验,并以制图精度、用户精度、总体精度、平均精度和Kappa系数,对本文方法、光谱角填图（SAM）、光谱信息散度（SID）和欧氏距离（ED）方法的分类结果进行比较分析.实验结果表明：本文方法可有效地应用于高光谱遥感图像分类.     

非常规油浓度分辨荧光光谱多环芳烃的风化特性研究

随着常规原油的开采量和运输量的迅速减少,重质原油、稠油、油砂、油页岩等非常规油逐渐成为海洋溢油的主体,以往主要针对常规原油检测的技术方法遇到了新的挑战.依据时间分辨荧光光谱的思路,将浓度作为新的一维坐标引入荧光光谱,发展了浓度分辨荧光光谱(concentration-resolved-fluorescence spectroscopy,CRFS),对不同原油样品模拟风化实验、高温馏分实验,结果表明该方法具有很强的抗风化抗干扰能力.并对相似稠油原油样品进行了120 d的光氧化及海水风化实验研究,利用二维Gabor小波分析对视为图像信息的荧光光谱进行特征提取,结合支持向量机(support vector machine,SVM)对风化样本进行分类识别,准确率达96%,该方法快速、准确、经济,特别适合稠油等非常规溢油的检测,有望成为溢油排查的重要技术,也可成为油气地球化学研究的有效工具之一.     

光学玻璃荧光光谱测试与分析

通过测试玻璃样品的荧光光谱,分析和判断出玻璃产生荧光的原因,提出了解决的办法,并指出该玻璃可能产生荧光的波长。     

OH-根对掺铒碲酸盐玻璃光谱性质的影响

制备了5种浓度下系列不同OH^-根含量的掺铒碲酸盐玻璃样品，测试了样品的红外吸收光谱，分析了在不同通氧除水时间下玻璃的红外吸收系数变化情况．测试了样品的吸收光谱，利用Judd-Ofelt理论计算了不同铒掺杂浓度和OH^-根含量样品的光谱参量Ωi（i=2，4，6）．根据McCumber理论计算了铒离子在1532nm处的吸收截面和Er^3＋：^4I13／2→^4I15/2跃迁峰值发射截面．测试了样品中Er^3＋：^4I13／2→^4I15/2跃迁对应的荧光光谱和^4I13／2能级荧光寿命，讨论了OH^-根对不同铒掺杂浓度下碲酸盐玻璃光谱性质的影响．研究结果表明，OH^-根仅对荧光寿命和荧光峰值强度存在影响，在Er2O3浓度小于1．0mol％时，OH^-根是发生荧光猝灭的主要影响因素，而高于这一浓度后Er^3＋离子本身的能量转移对荧光猝灭起主要作用．而OH^-根对其他光谱性质（荧光半高宽、吸收光谱、受激发射截面等）基本没有影响．     

黄瓜叶片叶绿素荧光光谱日变化的研究

文中研究了叶绿素荧光光谱的日变化规律,分析了叶片的光合速率与叶绿素荧光光谱之间的关系,通过分析日光温室光合有效辐射的变化规律,建立叶片光合速率与叶绿素荧光光谱强度之间的回归方程.利用激光诱导叶绿素荧光光谱分析技术实现对叶片光合速率的无损检测,为产量预测的研究奠定了基础,同时也拓宽了可见光波段的研究领域.     

针对东方人黑色虹膜识别的光谱选择

本文以东方人黑色虹膜作为研究对象,进行两方面研究:1)对于单一光谱照明,找到某一个最适合东方人黑色虹膜的光谱段;2)对于多个光谱照明,确定东方人黑色虹膜所需要的光谱段数量.第一部分研究中,采用改进的卷积矩阵与频谱能量相结合的算法,对虹膜纹理质量进行评估;采用改进2-DGabor与1-DLog-Gabor相结合的编码方法,获得虹膜匹配性能的指标.实验显示:针对单一光谱照明,700nm对于东方人的黑色虹膜是最优的光谱段.第二部分研究中,采用改进multi-group(2D)2PCA算法,基于多光谱虹膜图像的最大不相关性进行层次聚类分析.实验显示:针对多个光谱照明,3个主聚类可以最好地描述从545nm到940nm的所有光谱段.以上研究在该领域内具有开拓性,解决了东方人黑色虹膜多光谱采集与识别的基础问题,为东方人黑色虹膜的多光谱融合提供了理论依据.     

基于小波变换的海量高光谱遥感数据分形编码压缩算法研究

提出基于小波变换和频域空间分形编码的海量高光谱数据压缩新方法(AWFC).与传统的数据压缩相区别,基于图像自身灰度空间的压缩编码为第一代图像压缩技术,以小波变换为工具基于图像频域空间的编码为第二代图像压缩技术,以分形技术为代表对图像的特征空间编码为第三代图像压缩技术.同时探讨了利用成像光谱影像数据存在空间维和光谱维上的相关性,尽可能保持光谱不变情况下如何进一步提高图像压缩效率.和传统的图像有损压缩相比,在同等信息损失的情况下,AWFC算法能够极大的提高压缩比,同时和第二代以小波技术为代表压缩算法相比,本算法也具有效率更高的优势.同时提供了对光谱空间[光谱维],灰度空间[空间维]和经过小波变换WT频域空间3种分形编码FC进行对比,探讨光谱保持下的高压缩比,同时保持快速编码与解码的分形高光谱影像压缩方法.与经典的图像数据压缩方法相比,基于分形编码的图像压缩方法其压缩比在理论上可以超过经典压缩方法的几个数量级.分形图像压缩极高的压缩比,快速的解压速度在高光谱影像压缩中将会为高光谱甚至超光谱航天遥感带来新的思路.提供了将分形分块技术引入到高光谱甚至超光谱影像光谱维分块的思路,发展了光谱形态保持的图像分块技术,给出了基于光谱保持的分形编码压缩框架.最后,作为高光谱图像处理与分析系统HIPAS的一部分,我们在VC 6.0下,基于WindowsXP平台对高光谱影像压缩模块进行了软件模块实现和验证.     

航天成像光谱仪CHRIS辐射与光谱性能评价

CHRIS是欧空局于2001年10月成功发射的PROBA卫星上搭载的探索性高光谱遥感器,它共有5种可选择的作业模式,在可见光到近红外(0.4～1.05μm)范围,最多可以获取62个波段.文中采用基于图像自身的大气校正方法(模型法ACORN和经验法),在图像上选取最具代表性的植被和土壤光谱,对CHRIS这一新型的航天成像光谱仪进行了光谱与辐射性能评价.计算显示,ACORN校正得到的玉米反射率在498～750nm波长区间能够较好地表征植被的反射率光谱特征(如红边特征),尤其是在对气溶胶敏感的蓝光部分比经验方法更有优势,但是在750nm之后就有很大偏差,表明CHRIS在750nm之后的波段存在光谱定标误差;土壤光谱反射率在800nm之后有递减的误差趋势,表明CHRIS在部分波长区间还不能满足模型法大气校正的要求;ACORN反演得到的水汽含量分布图上存在的竖条纹,则表明CHRIS的辐射定标性能的不足.CHRIS仪器作为欧空局第一个真正意义上的航天高光谱遥感器在光谱和辐射性能上仍有待改善.     

基于可见/近红外光谱的土壤有机质含量预测

应用可见/近红外光谱技术对土壤有机质含量进行了定量分析和预测,为土壤肥力快速测定和评价提供依据.利用ASD FieldSpec 3 Hi-Res光谱仪对116份不同有机质含量的土壤样本进行光谱测量,系统分析了土壤有机质含量与350～2500 nm波段范围光谱反射率之间的关系.利用PLS和小波-BP神经网络对350～2500 nm整个波段范围和剔除水波段的光谱数据进行分析.两种建模方法的结果均表明剔除水波段的预测效果较好,其中,PLS模型预测的相关系数R为0.8416,均方根误差RMSEP为0.2848,相对分析误差RPD为1.7768,WT-BP神经网络模型预测的R为0.9167,RMSEP为0.2196,RPD为2.3043.预测结果表明,PLS模型可以对土壤有机质含量进行粗略估测,而BP神经网络可实现较精确的预测.     

OH-根对掺铒碲酸盐玻璃光谱性质的影响

制备了5种浓度下系列不同OH^−根含量的掺铒碲酸盐玻璃样品, 测试了样品的红外吸收光谱, 分析了在不同通氧除水时间下玻璃的红外吸收系数变化情况. 测试了样品的吸收光谱, 利用Judd-Ofelt理论计算了不同铒掺杂浓度和OH^−根含量样品的光谱参量Ω _i (i = 2, 4, 6). 根据McCumber理论计算了铒离子在1532 nm处的吸收截面和Er³⁺:⁴I_13/2®⁴I _15/2跃迁峰值发射截面. 测试了样品中 Er³⁺: ⁴I_13/2®⁴I_15/2跃迁对应的荧光光谱和⁴I_13/2能级荧光寿命, 讨论了OH^−根对不同铒掺杂浓度下碲酸盐玻璃光谱性质的影响. 研究结果表明, OH^−根仅对荧光寿命和荧光峰值强度存在影响, 在Er₂O₃浓度小于1.0 mol%时, OH^−根是发生荧光猝灭的主要影响因素, 而高于这一浓度后Er³⁺离子本身的能量转移对荧光猝灭起主要作用. 而OH^−根对其他光谱性质(荧光半高宽、吸收光谱、受激发射截面等)基本没有影响.     

量子遥感的光谱结构研究

光谱的精细结构是量子遥感研究的核心.首先概述了国内外光谱遥感现状,然后讨论了在没有外场的情况下,量子光谱的电子自旋对类氢原子的能级和谱线的影响;开展了量子遥感的光谱精细结构研究,给出了量子遥感的光谱精细结构表达式.为深刻研究和认识遥感光谱结构的机理提供理论依据.     

量子遥感的光谱结构研究

光谱的精细结构是量子遥感研究的核心.首先概述了国内外光谱遥感现状,然后讨论了在没有外场的情况下,量子光谱的电子自旋对类氢原子的能级和谱线的影响;开展了量子遥感的光谱精细结构研究,给出了量子遥感的光谱精细结构表达式.为深刻研究和认识遥感光谱结构的机理提供理论依据.     

基于HJ-1星CCD数据的溢油遥感特性分析与信息提取

基于HJ-1星CCD多光谱数据,以2010年美国墨西哥湾深海油井溢油污染海域为研究区,对溢油迁移转化过程进行分析,认为油水混合物是该次事故的主要污染类型之一.研究HJ-1星CCD数据多种目标的影像特征与光谱响应特征,指出油水混合物能明显改变海水对入射光的后向散射性能,可以被有效地识别与判定.利用决策树分类方法能有效地提取墨西哥湾溢油污染中的油水混合物;对误判信息进行分块合并处理后,可进一步提高油水混合物的提取精度.研究表明,HJ-1星CCD多光谱数据能有效提取海洋溢油污染信息,具备了开展海洋溢油污染遥感监测的能力.     

基于Bayes线性估计的遥感图像融合

将Bayes线性估计应用于不同分辨率遥感图像的观测模型中，提出了一种新的基于统计参数估计的遥感图像融合方法．该方法对于金色波段图像和待估计的多光谱图像的联合分布不做任何假设，只需要估计高分辨率多光谱图像的均值和协方差以提高算法的鲁棒性．另外，文中的方法能够提高多光谱图像的多个主成分的分辨率，而传统的主成分变换方法只限于提高第一主成分的分辨率．实际的Landsat ETM＋的全色波段图像和多光谱图像的融合实验结果表明，所提议方法的性能优于其他基于统计参数估计的方法和基于主成分变换的融合方法以及基于小波变换的融合方法．     

北部湾红树林的HJ星多光谱遥感提取模式

大区域红树林多光谱遥感提取易受多种地物及自身覆盖度等因素影响,针对这一难题,文中以广西北部湾为研究区,基于HJ星CCD影像,并结合红树林空间分布特征和图谱特征,建立一种适合大区域海岸带的红树林识别提取模式.首先分析影像地物图谱特征,提出用于瞬时海水边线提取的海水比值指数,以及指示红树林的特征指数:红波段角度植被指数和像元波段反射率标准差指数.再从红树林空间生境判定和不同覆盖度反射率变化两方面入手,划分生长适宜区,通过特征指数辅助判定建立最终提取模式.应用结果表明该模式能完整准确地提取不同覆盖度红树林,最大程度消除其他干扰因素影响,总体制图精度达83.70%,用户精度为79.37%,同时也证实HJ卫星CCD多光谱遥感数据应用于海岸带红树林研究的有效性.     

基于二通道不可分小波的多光谱图像融合

提出了一种伸缩矩阵为[1，1；1，-1]的二通道不可分小波滤波器组的构造方法，并把它应用于多光谱图像与高分辨图像的融合中．设计出多组不可分4×4小波滤波器组，并提出了一种基于该类小波的多光谱图像融合算法．利用所设计滤波器分别对多光谱图像的亮度分量和全色图像作多尺度小波分解，选取参数对分解后的低频分量进行调节融合．实验结果表明，该方法能较好地保持多光谱信息和高分辨率信息，其保持光谱信息的能力和保持高分辨率信息的能力比基于张量积离散小波帧变换（DWFT）的融合方法和基于改进的IHS变换的融合方法都强，当t值较大时，融合结果图像含有较丰富的光谱信息．与基于4个通道小波的图像融合方法相比，该方法可节约一半的运算量．     

基于单形体几何的高光谱遥感图像解混算法

提出一种新的基于单形体几何的高光谱遥感图像混合像元丰度估计算法.该算法的目标是在已知端元矩阵的基础之上,估计高光谱图像中各个观测像素点中每个端元的丰度.根据凸几何理论,基于线性混合模型的高光谱解混问题可以看成一个凸几何问题,其中端元位于包含整个高光谱数据集的单形体的顶点,而它们对应的重心坐标则可以看作各个观测像素的丰度.提出的方法由3部分组成,分别为基于单形体体积的重心坐标计算方法、距离几何约束问题和基于内点的单形体子空间定位算法.与其他基于单形体几何的算法相比,该方法具有诸多优点.Cayley-Menger矩阵的引入使得欧式空间上的运算转化为距离空间上的运算,在降低运算复杂度的同时很好地兼顾到数据集的几何结构.而且,单形体重心的使用确立了一种快速而精确的判断方法来确定观测像素所属的子空间,进而利用递归的思想得到丰度值.此外,算法核心仅仅涉及观测点与端元之间的距离,而与波段数无关.因此,该算法无须对数据执行降维处理,从而可以避免因数据降维而造成的有用信息的丢失.仿真和实际高光谱数据的实验结果表明,所提出的算法与同类其他优秀的算法如FCLS和SPU相比,具有更高的运算精度,同时在端元数目较小时具有较快的运算速度.     

利用MODIS对CBERS-02卫星CCD相机进行辐射交叉定标

CCD相机数据的应用是CBERS-02为国民服务的重要部分,而提供长期稳定的绝对辐射定标系数是其应用的关键.试验场定标法是一种有效的方法,但该方法需要地面同步测量数据,提供的定标系数数量不可能很多,且该方法不能对历史数据进行定标.交叉定标是解决该问题的有效方法之一.但目前该方法对同步测量数据的依赖性较大.模拟分析各种因素对光谱匹配因子的影响.结果表明地物的光谱匹配因子受大气条件、传感器观测几何条件及地物类型的影响.但是在环境一样时,不同时期或测区获取的同类型地物的光谱匹配因子相对稳定,可代替同步测量数据来模拟光谱匹配因子.基于该方法,利用MODIS数据对CCD数据进行交叉定标,研究发现CCD各波段都存在偏移量,传统的单点定标法不适用于CCD的辐射定标.文中以多点交叉定标法计算获取各波段偏移量,并获得了时间序列图像的定标系数,发现CCD传感器响应随时间衰减.     

云南瑞丽江、大盈江流域湿地动态遥感监测研究

本文以遥感和地理信息系统相结合的方法对我国西南边陲的瑞丽江、大盈江流域的湿地进行了动态监测研究.通过分析和处理遥感图像建立了湿地的遥感解译标志;采用计算机自动分类、相关分析法和GIS矢量化的方法提取了湿地信息;以差异主成份法、多波段主成份分析法、分类比较法、光谱特征变异法等,检测湿地的动态变化范围、位置、大小等,分析了该地区的湿地动态变化趋势及原因.     

高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型研究

对于海洋水色遥感卫星来说,辐射定标精度作为一项重要的核心指标,恰恰是目前我国自主海洋水色卫星存在的不足之处,需要对遥感器进行系统的在轨辐射测量精度评价.文中基于大气辐射传输理论开发了一套高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型(HRSREM),可以比较精确地计算出卫星平台接收到的遥感反射率,来衡量可见光遥感数据的测量精度.通过Gordon查找表方法对HRSREM模型的大气Rayleigh散射和气溶胶散射分量的精度验证,表明模型对两种大气散射计算误差小于2%;利用海上现场ASD高光谱仪测量的天空光反射率对模型的前向散射计算结果验证,其光谱平均相对误差约5.4%;利用宽视场海洋水色扫描仪(SeaWiFS)数据对模型的大气顶遥感反射率计算精度进行验证,其相对误差小于3.5%,说明HRSREM模型对卫星遥感资料的光谱辐射测量评价具有很高的精度.利用HRSREM模型对高光谱遥感卫星Hyperion在澳大利亚附近海域测量数据进行精度估算,可见近红外波段的光谱平均相对误差约为7.3%;对中分辨率成像光谱仪(CMODIS)数据精度评价结果表明,CMODIS存在较大的测量误差,特别是近红外波段的定标系数明显偏大,需要重定标来提高定量化处理和应用水平.